Volcán Sakurajima Volátil Es Un Laboratorio De Rayos

{h1}

El volcán sakurajima es tan activo que los niños usan cascos cuando caminan a la escuela, pero el sitio también es un laboratorio de clase mundial para estudiar rayos volcánicos, explica el vulcanólogo jeffrey johnson.

Jeffrey Johnson, profesor asociado de geociencias en la Universidad de Boise State, contribuyó con este artículo a WordsSideKick.com 's Expert Voices: Op-Ed & Insights.

Japón es un país de volcanes, y Sakurajima es uno de los más infames. Su notoriedad se debe a su mal comportamiento en 1914, cuando poderosas explosiones y flujos piroclásticos obligaron a evacuar la pequeña isla volcánica. Poco después de que las explosiones se detuvieron, comenzaron extensas erupciones de lava. La cantidad de lava que entró en erupción fue suficiente para cubrir la bahía de Kagoshima, conectando el volcán con el continente de Kyushu. Durante gran parte de los siguientes cuarenta años, el volcán estuvo relativamente tranquilo.

Un estudiante camina a la escuela en la península de Sakurajima usando un casco, como muchos lo hacen, en caso de que el material volcánico se dispare sobre la ciudad.

Un estudiante camina a la escuela en la península de Sakurajima usando un casco, como muchos lo hacen, en caso de que el material volcánico se dispare sobre la ciudad.

Crédito: Corrado Cimarelli

Pero Sakurajima ha estado explotando de manera intermitente desde 1955. Y aunque ya no es una isla, todavía está casi rodeada de agua, y sus 7,000 residentes están expuestos a riesgos volcánicos, como la caída de cenizas, lahars y el potencial de las bombas de lava. Hoy en día, los escolares viajan diariamente con sombreros duros en caso de que las rocas empiecen a llover del cielo. Debido a que la caída de ceniza a menudo oscurece el paisaje, todos usan máscaras para evitar respirar las diminutas partículas de vidrio volcánico. Si bien las áreas a favor del viento en la isla son más vulnerables a la caída de cenizas, ningún rincón de la isla permanece completamente afectado, ya que cualquier ubicación está a menos de 4 millas de la explosión del cráter.

Aunque las explosiones son un inconveniente preocupante para la población local, el fenómeno atrae a científicos de volcanes a la región como polillas a una llama: las fiables, frecuentes y potentes explosiones de Sakurajima proporcionan a los investigadores un laboratorio sin igual para estudiar erupciones que se clasifican como "vulcanianas" por excelencia.

Fotos tomadas con varios segundos de diferencia, junto con la correspondiente señal de infrasonido de varios cientos de pascales en amplitud, tomadas en el volcán Sakurajima en Japón.

Fotos tomadas con varios segundos de diferencia, junto con la correspondiente señal de infrasonido de varios cientos de pascales en amplitud, tomadas en el volcán Sakurajima en Japón.

Crédito: Jeffrey Johnson

En un día típico, se puede esperar que algunas explosiones de vulcaniana salgan del cráter Showa como si fueran disparos de canon. Diez segundos más tarde, una onda de sonido de conmoción cerebral, que a menudo supera los 100 pascales en presión, similar a los niveles de presión acústica en la cubierta de un portaaviones, llega al Observatorio Kurokami a 2 millas de distancia. La mayor parte de esta energía del sonido es subsónica, pero si fuera audible, sería ensordecedora: el equivalente a 140 decibelios. Para decirlo de otra manera, ejercería una fuerza de aproximadamente 100 libras. en una ventana (bien sellada).

Las explosiones se acompañan de una explosión blísticamente rápida de gas y materiales piroclásticos, compuestos de ceniza, bombas de roca y rocas del tamaño de un refrigerador. Los materiales que salen del borde del cráter de Showa a menudo exceden una velocidad de 400 pies por segundo, y en unos momentos, la inercia lleva a los piroclastos a casi 1,000 pies por encima del conducto de ventilación. Un observador perceptivo podría observar chispas parpadeantes (relámpagos) en la columna en crecimiento.

Observar los procesos de iluminación del volcán en tiempo real sería como intentar rastrear las bombillas de los flashes de las cámaras en un evento deportivo. Esta es la razón por la cual Corrado Cimarelli, del Departamento de Tierra y Ciencias Ambientales de la Universidad Ludwig Maximilian de Munich, ha estado desarrollando técnicas ingeniosas para observar los eventos de rayos de erupción de Sakurajima.

Ralentizando una erupcion

Cimarelli y sus coautores publicaron recientemente un estudio en Geophysical Research Letters titulado "Observación multiparamétrica de los rayos volcánicos: el volcán Sakurajima, Japón". En este estudio, los investigadores usan cámaras de alta velocidad y datos magnetotelúricos (descritos a continuación) para percibir los procesos eruptivos que son invisibles y / o demasiado rápidos para que un observador humano pueda rastrearlos. Mientras que una cámara de video de nivel de consumidor puede capturar secuencias de imágenes 30 veces por segundo, las cámaras de alta resolución y alta velocidad que Cimarelli usa para capturar imágenes 100 veces más rápido.

Una imagen de alta velocidad del rayo volcán en el volcán Sakurajima.

Una imagen de alta velocidad del rayo volcán en el volcán Sakurajima.

Crédito: Corrado Cimarelli

Durante un solo cuadro de imagen de alta velocidad, expuesto durante 30 microsegundos, las partículas balísticas más rápidas viajan apenas más de una pulgada. Esto puede parecer innecesariamente rápido para rastrear las trayectorias piroclásticas, pero es una capacidad esencial para comprender la evolución del rayo, que "crece" a velocidades de entre 8 y 80 millas por segundo.

Con el uso de cámaras de alta velocidad, los investigadores han aprendido que las chispas de los rayos se propagan en una serie de avances bruscos conocidos como líderes escalonados, un proceso que también se ve en los truenos. La respuesta del líder escalonado corresponde al cortocircuito de las regiones cargadas que se han separado dentro de una nube o entre la nube y la tierra. Una vez que se completa la conexión, la corriente fluye y calienta la atmósfera, creando el pulso visible que los observadores reconocen como rayos. [¿Qué causa un relámpago volcánico espeluznante?]

Las chispas que se detectan durante los episodios de rayos volcánicos en Sakurajima son generalmente pequeñas y miden entre 30 y 600 pies, uno o dos órdenes de magnitud más cortos que los rayos que aparecen durante las tormentas eléctricas.

Imagen de alta velocidad del rayo volcánico en Sakurajima

Imagen de alta velocidad del rayo volcánico en Sakurajima

Crédito: Corrado Cimarelli

La cámara de alta velocidad mapea la distribución de chispas a lo largo del tiempo, pero esta información se vuelve mucho más valiosa cuando se complementa con el monitoreo magnetotelúrico (MT), que también detecta chispas que ocurren dentro de la parte central opaca de la columna de erupción.

Las observaciones de MT muestrean variaciones de campo eléctrico y magnético desde muchas millas de distancia y a una velocidad increíble de 65,000 veces por segundo. Las fluctuaciones minúsculas del campo magnético, aproximadamente 1 parte en 10,000 del campo ambiental de la Tierra, están bien registradas, y han revelado que los rayos del volcán Sakurajima transportan hasta 1,000 amperios de corriente. Usando la técnica de MT con sus valiosas capacidades de resolución de tiempo, el equipo de investigación también puede contar los destellos, determinar la dirección del flujo de corriente para cada destello y evaluar si el rayo permanece dentro de la nube de cenizas (nubes intracitables) o llega al suelo (nube a tierra) ).

En conjunto, las imágenes de alta velocidad de rayos volcánicos y estudios de MT proporcionan una imagen más completa del funcionamiento interno de una columna ardiente y turbulenta de ceniza volcánica y gas.

Rayo de laboratorio

Aunque la comprensión de los científicos de los rayos de tormenta es madura, solo están empezando a desarrollar una comprensión de los rayos de los volcanes. Sobre la base de los estudios de "mapeo" de rayos del volcán realizados en Alaska, los rayos de los volcanes pueden agruparse en categorías que se describen como "descargas de ventilación", "rayos cercanos a los respiraderos" o "rayos de la pluma", dependiendo de dónde se encuentren dentro de una columna de erupción.

Las descargas de ventilación en Sakurajima incluyen chispas de decenas a cientos de metros de largo que ocurren cerca de la boca del volcán. Aquí, pequeñas partículas de ceniza brotan y se cargan preferentemente, es decir, las partículas más grandes se vuelven ligeramente más positivas. Y luego, a medida que los tamaños de las partículas se clasifican por la resistencia del aire dentro de la nube de cenizas, se separan físicamente. Cuando la ceniza explota hacia arriba, las partículas de menor tamaño tienden a disminuir su velocidad más rápidamente. Esto es cuando puede ocurrir una separación de la carga, ya sea debido a la fractocarga, ya que el material piroclástico se desgarra violentamente durante la erupción; o debido a tribocharging, que es la transferencia de carga a través de frotamiento. Este segundo mecanismo es similar a la electricidad estática familiar que se acumula cuando frotas un globo en tu cabello.

El rayo es la respuesta al proceso de separación de carga. El desequilibrio se corrige cuando la atmósfera produce un cortocircuito y produce una chispa: el rayo. La corriente que se produce induce deflexiones del campo magnético que duran un milisegundo, y ocurren con una intensidad de nanotesla a varias millas de distancia. Los eventos se registran de forma remota utilizando métodos MT.

Un rayo volcánico creado en un experimento de laboratorio en la Universidad Ludwig Maximilian de Munich. La chispa es de unos pocos centímetros de longitud.

Un rayo volcánico creado en un experimento de laboratorio en la Universidad Ludwig Maximilian de Munich. La chispa es de unos pocos centímetros de longitud.

Crédito: Corrado Cimarelli

Cimarelli cree que el tribocharging juega un papel importante en el proceso de separación de carga, porque uno de sus experimentos anteriores involucró la producción de rayos volcánicos en el laboratorio. Los resultados se presentaron en un documento de Geología de 2014, donde él y sus colegas expulsaron ceniza volcánica fina de una boquilla presurizada (un respiradero de volcán de laboratorio) y generaron chispas parecidas a relámpagos de unos pocos centímetros de longitud. Estas chispas se formaron sin la evidente fragmentación del magma y sin la presencia de hielo (o graupel), que es el vehículo convencional de separación de carga para rayos en una tormenta típica. [Imágenes electrizantes del rayo volcán]

Por qué nos importan las chispas del volcán.

Una gran cantidad de investigaciones sobre volcanes han demostrado que las columnas de erupción se cargan estáticamente debido a la separación de las cenizas en una columna. Esto es importante porque el rayo volcánico cercano a la ventilación, incluida su intensidad, frecuencia y carácter, está directamente relacionado con la cantidad de material fino que entró en erupción. Estos descubrimientos son emocionantes y sugieren que pronto podremos utilizar la detección de rayos como una medida de la cantidad de ceniza que se expulsa durante las erupciones.

Otros métodos para calcular las tasas de emisión de cenizas no funcionan muy bien. Las mediciones multiespectrales basadas en satélites y en tierra pueden detectar penachos de ceniza, pero no hacen un buen trabajo a la hora de cuantificar la cantidad de ceniza en el penacho o de predecir la velocidad a la que se expulsa la ceniza. La cobertura de nubes y la oscuridad dificultan las observaciones visuales de los penachos, tanto en el satélite como en el suelo, y la cantidad de ceniza derivada está limitada por nuestra comprensión de la densidad del penacho de ceniza.

Si usted es un experto de actualidad, investigador, líder empresarial, autor o innovador, y desea contribuir con un artículo de opinión, envíenos un correo electrónico aquí.

Si usted es un experto de actualidad, investigador, líder empresarial, autor o innovador, y desea contribuir con un artículo de opinión, envíenos un correo electrónico aquí.

La detección de rayos, por otro lado, ofrece un medio para cuantificar potencialmente las descargas de cenizas durante el clima inclemente y durante la noche. Los detectores pueden ubicarse a distancias seguras, a decenas de kilómetros de la ventilación, y la nube no impide que los sensores de MT puedan "ver" los rayos.

Dichas detecciones son críticas, ya que las nubes de ceniza volcánica son uno de los principales peligros planteados por las erupciones. Incluso las cantidades diluidas de ceniza que son ingeridas por una turbina de jet pueden incapacitar el motor, causando que falle catastróficamente. Este peligro potencial fue señalado a la atención del público en general por la erupción del volcán Eyjafjallajökull de Islandia en 2010, que arrojó ceniza a través de los corredores aéreos de Europa. La erupción afectó a más de 100,000 vuelos en el transcurso de una semana, afectando a 10,000,000 de viajeros y causando miles de millones de dólares en pérdidas.

Dado el impacto económico de las erupciones cenicientas, la próxima generación de monitoreo integral de erupciones se centrará en la cuantificación de cenizas y probablemente utilizará detectores de cenizas como un instrumento primario.Sakurajima, un volcán de laboratorio en el sur de Japón, está facilitando el desarrollo de esta herramienta.

Siga todos los temas y debates de Expert Voices, y forme parte de la discusión, en Facebook, Twitter y Google+. Las opiniones expresadas son las del autor y no necesariamente reflejan las opiniones del editor. Esta versión del artículo se publicó originalmente en WordsSideKick.com.


Suplemento De Vídeo: .




Investigación


Cómo Funciona La Casa Inteligente De Duke
Cómo Funciona La Casa Inteligente De Duke

Meteorito De 4.5 Mil Millones De Años Produce Nuevo Mineral
Meteorito De 4.5 Mil Millones De Años Produce Nuevo Mineral

Noticias De Ciencia


Hechos Del Flamenco: La Comida Se Vuelve Rosa.
Hechos Del Flamenco: La Comida Se Vuelve Rosa.

Cómo Usar Un Condón: Errores Comunes, Según Un Estudio
Cómo Usar Un Condón: Errores Comunes, Según Un Estudio

¿Qué Es La Reserva Petrolera Estratégica?
¿Qué Es La Reserva Petrolera Estratégica?

Funnel-Web Spiders: Familias, Mordeduras Y Otros Hechos
Funnel-Web Spiders: Familias, Mordeduras Y Otros Hechos

¿Qué Pasaría Si Pusieras Tu Mano En El Haz De Lhc?
¿Qué Pasaría Si Pusieras Tu Mano En El Haz De Lhc?


ES.WordsSideKick.com
Reservados Todos Los Derechos!
La Reproducción De Cualquier Permitió Sólo Prostanovkoy Enlace Activo Al Sitio ES.WordsSideKick.com

© 2005–2019 ES.WordsSideKick.com