Vulkanutbrott spyr ut lava, sten och aska i luften. När fragment av dessa material blandas och kolliderar i utflödet, de kan skapa en elektrisk potential som är tillräckligt stor för att generera blixtar.

Ny forskning från Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) forskare och medarbetare har upptäckt att stående stötvågor i överljudsutflödet av gaser förhindrar elektriska urladdningar som gnistor och blixtar från att fortplanta sig. Detta tyder på att stående stötar som bildas av ett vulkanutbrott kan undertrycka eller minska vulkanblixten under den inledande fasen av ett utbrott. Den nya forskningen visas i tidskriften Kommunikation Jord &Miljö .

I naturen, elektriska urladdningar i form av blixtar observeras ofta inte bara i åskmoln, men också i vitt skilda miljöer som uppvisar turbulenta partikelladdade flöden, såsom vulkanplymer och dammdjävlar.

Under elektrisk urladdning, radiofrekvensemissioner (RF) kan registreras, tillhandahåller ett sätt att spåra blixtkällans progressiva utveckling i rum och tid. I likhet med upptäckten av åskmoln och stormar, RF-detektering används nu också för att upptäcka och informera om farorna förknippade med askfyllda vulkanplymer och askmoln. Särskilt, blixtar vid aktiva vulkaner i ett orostillstånd kan indikera början av farlig explosiv aktivitet och produktion av askplymer. Dessutom, både observerbara urladdningar och RF-emissioner kan avslöja mekanismerna som initierar blixten och ge ledtrådar om sammansättningen av det utbrytande materialet.

Explosiva vulkanutbrott kan generera blixtar som avger RF-signaturer. Vid tidiga tidpunkter under utbrottet, dessutom, stötvågor i överljudsflödet kan verka för att förmedla blixtens väg, igenkännbar modifiering av RF-signaturerna.

Teamet avbildade gnistor och en stående stöt tillsammans i en övergående överljudsstråle av mikrodiamanter inneslutna i argon. Stötvågor representerar en skarp övergång i gasdensitet och därmed i gasens benägenhet att jonisera. Vätskedynamiska och kinetiska simuleringar av experimentet illustrerade hur de observerade gnistorna begränsas av den stående stöten.

"Vi visar att gnistor överför ett intryck av det explosiva flödet och öppnar vägen för ny instrumentering för att diagnostisera för närvarande otillgängliga explosiva fenomen, " sa huvudförfattaren Jens von der Linden, tidigare LLNL-forskare nu vid Max Planck Institute for Plasma Physics.

Explosiva vulkanutbrott producerar överljudsflöden genom plötsliga utsläpp av övertrycksgaser som finns i magman som bryter ut, resulterar i chockvågor.

Observationer av vulkanutbrott i Alaska, Island och Japan har avslöjat att under de första sekunderna efter början av ett explosivt utbrott, RF-signaturer som skiljer sig från de som produceras av ledarbildande blixtar registreras i närheten (inom tiotals till hundratals meter) från vulkanöppningar.

"Om källorna till kontinuerlig radiofrekvensemission nära ventilen regleras av stående stötvågor, sedan kan distribuerade antenner lokalisera sina platser, spåra utvecklingen av den reglerande stående stöten och ge insikt i trycket och partikelinnehållet i det explosiva flödet, sa Jason Sears, LLNL-forskare och huvudutredare för projektet. "De snabba dekompressionsexperimenten och simuleringarna som Jens ledde tillåter observation och analys av explosiva händelser som producerar RF när de börjar."