Monte Rinjani, Indonesia, Erupción de 1995. Pueden ocurrir relámpagos volcánicos visibles en todo el penacho, Pueden producirse chispas invisibles en la región de baja presión de las ondas de choque estacionarias formadas en la región cercana a la ventilación. Crédito:Oliver Spalt CC-BY-SA 3.0
Imagina que te estás preparando para volar a tu destino de vacaciones favorito cuando de repente entra en erupción un volcán, enviando cantidades masivas de ceniza volcánica a la atmósfera, y forzando la cancelación de su vuelo. Eso es exactamente lo que sucedió en abril de 2010 cuando Eyjafjallajokull, un volcán en islandia, estalló e interrumpió los viajes aéreos en Europa durante seis días. Los científicos ahora están utilizando la física del plasma para predecir las características de estas peligrosas columnas de ceniza.
Los volcanes son rupturas en la corteza de un planeta y prevalecen en todo el sistema solar. En la tierra, Los volcanes se encuentran generalmente a lo largo de los límites de placas tectónicas en colisión o divergencia o en agujeros en la corteza de nuestro planeta llamados puntos calientes.
Durante una erupción volcánica, hay una salida de gas a alta presión a través de una boquilla o ventilación. Esto hace que se forme lo que los científicos describen como una onda de choque estacionaria en la región cercana al respiradero (Figura 1). Una onda de choque es una perturbación que se mueve más rápido que la velocidad del sonido, como un boom sónico, y provoca una acumulación de densidad a medida que se propaga. Una onda de choque estacionaria es aquella que permanece estacionaria, por lo que la acumulación de densidad permanece en su lugar. Aunque estas ondas de choque estacionarias se han explorado previamente en el contexto de las columnas de cohetes y la inyección de combustible, hay relativamente pocos estudios que involucren la salida de un gas que contiene partículas finas, especialmente ceniza volcánica.
Recientemente, un equipo de investigación del Laboratorio Nacional Lawrence Livermore (LLNL) utilizó la física del plasma para investigar cómo la adición de ceniza volcánica afecta las características de la onda de choque estacionaria volcánica y se le ocurrió un descubrimiento.
Modelo, simulación, y experimentar. a) Las chispas se producen en la región de baja presión de las ondas de choque estacionarias. Las chispas se cortan por el rápido aumento de la presión de la superficie de choque permanente (Disco Mach, rojo). b) La simulación de la velocidad del flujo de salida de gas muestra que la velocidad cae en la superficie de choque, lo que provoca una acumulación de gas y un aumento de la presión. c) Imagen de experimento que muestra chispas eléctricas debajo de la superficie de choque, las chispas superiores trazan la superficie de choque. Crédito:modelo y simulación de imágenes del autor, imagen del experimento cortesía de Clare Kimblin e Ian McKenna, Laboratorio de Tecnología Especial, Servicios de prueba y apoyo a la misión.
"Nuestras simulaciones muestran que la ceniza volcánica modifica la altura, ancho, y vida útil de la onda de choque estacionaria, "dice el Dr. Jens von der Linden, Físico de LLNL e investigador principal del proyecto que presentará los hallazgos esta semana en la conferencia de la División de Física del Plasma de la Sociedad Estadounidense de Física en Ft. Lauderdale, Florida.
Los colaboradores de la Universidad Ludwig-Maximillian descubrieron recientemente en experimentos con tubos de choque que la luz emitida por el plasma de las chispas eléctricas perfila la superficie de choque permanente en presencia de ceniza volcánica (Figura 2). Este descubrimiento ahora permite el seguimiento de la forma de la onda de choque estacionaria en experimentos de laboratorio con diferentes mezclas de partículas y gases mediante la obtención de imágenes de las chispas eléctricas.
Las observaciones de erupciones volcánicas sugieren que las partículas de ceniza cargadas en la región de baja presión de la onda de choque estacionaria pueden formar chispas. que pueden ser detectados por las ondas de radio que producen. En el futuro, Los científicos podrían triangular las posiciones de las chispas eléctricas a partir de las mediciones de ondas de radio para determinar la estructura de la onda de choque estacionaria sobre el respiradero volcánico y, comparando la forma con los resultados numéricos y experimentales del Dr. von der Linden y sus colegas, estimar el contenido de partículas de ceniza de una erupción.
"Estas estimaciones de cenizas podrían usarse para desarrollar predicciones tempranas de columnas de cenizas volcánicas que pueden ser peligrosas para la aviación, como vimos en la erupción de Eyjafjallajokull en 2010 en Islandia, "dijo el Dr. von der Linden.
