Jako jeden z najbardziej aktywnych wulkanów w Japonii, Sakurajima często olśniewa spektakularnymi pokazami wulkanicznych błyskawic na tle wypełnionego popiołem nieba. Ale wulkan może również wytwarzać znacznie mniejsze, niewidzialne wybuchy aktywności elektrycznej, które zadziwiają i intrygują naukowców.
Teraz analiza 97 eksplozji w Sakurajima z czerwca 2015 r. pomaga wykazać, kiedy erupcje wywołują widoczne uderzenia pioruna, a kiedy wywołują tajemnicze, niewidzialne skoki aktywności elektrycznej, donoszą naukowcy w Geophysical Research Letters z 16 czerwca.
Te niewidzialne wybuchy, zwane wyładowaniami wentylacyjnymi, pojawiają się na początku erupcji, co może pozwolić naukowcom wymyślić sposoby wykorzystania ich do ostrzegania przed zbliżającymi się eksplozjami.
Naukowcy wiedzą, że błyskawice wulkaniczne mogą powstawać w wyniku ładowania krzemianów, co ma miejsce zarówno wtedy, gdy skały pękają podczas erupcji, jak i gdy skały i inny materiał wyrzucany z wulkanu przepychają się nawzajem w burzliwym pióropuszu. Drobne cząstki popiołu ścierają się, zyskując i tracąc elektrony, co tworzy dodatnie i ujemne ładunki, które mają tendencję do zbijania się w kieszenie o podobnym ładunku. Cassandra Smith, wulkanolog z Alaska Volcano Observatory w Anchorage, mówi, że aby zneutralizować to niestabilne pole elektryczne, błyskawica porusza się zygzakiem między naładowanymi gromadami.
Eksperymenty wykazały, że nie można uzyskać błyskawicy bez pewnej ilości popiołu w systemie, mówi Smith. „Więc jeśli widzisz błyskawice wulkaniczne, możesz być całkiem pewny, że erupcja ma popiół”.
Z drugiej strony wyładowania wentylacyjne to stosunkowo nowo wykryte wybuchy aktywności elektrycznej, które wytwarzają ciągły sygnał o wysokiej częstotliwości przez kilka sekund — wieczność w porównaniu z piorunami. Wyładowania te można zmierzyć za pomocą specjalistycznego sprzętu.
Skupiając się na małych eksplozjach z Sakurajima, zdefiniowanych jako wybuchy o wysokości 3 kilometrów lub mniejszej i trwające mniej niż pięć minut, Smith i współpracownicy zbadali ładowanie krzemianów, dynamikę pióropuszy i związek między wyładowaniami wulkanicznymi a wyładowaniami wentylacyjnymi. Zgodnie z oczekiwaniami zespół odkrył, że błyskawica w Sakurajima pojawiła się w pióropuszach wypełnionych popiołem. Jednak wyładowania wentylacyjne wystąpiły tylko wtedy, gdy bogate w popiół pióropusze z wulkanicznymi błyskawicami wystrzeliwały w niebo z prędkością większą niż około 55 metrów na sekundę.
„Kiedy osiągniesz określoną intensywność erupcji”, mówi Smith, „będziesz widział wyładowania z otworów wentylacyjnych”.
Monitorowanie tych wyładowań może być szczególnie pomocne w szybkim wykrywaniu erupcji zawierających dużo popiołu. Śledzenie popiołu jest niezbędne, mówi Smith, „ponieważ w wielu przypadkach jest to niebezpieczne dla lotnictwa i społeczności lokalnych”. Aktywność elektryczna, mówi, sygnalizuje obfity w popiół pióropusz bez względu na pogodę i porę dnia, a wyładowania z otworów wentylacyjnych zapewniają miarę intensywności erupcji, co może pomóc obserwatoriom w modelowaniu, gdzie może się udać pióropusz.
Śledzenie wyładowań atmosferycznych i wyładowań atmosferycznych może pokryć luki pozostawione przez inne sposoby monitorowania wulkanów, mówi Chris Schultz, meteorolog badawczy z NASA Marshall Space Flight Center w Huntsville w stanie Alabama. Sejsmolodzy śledzą podziemne ruchy magmy w poszukiwaniu oznak zbliżającej się erupcji. Infradźwięki są używane do wskazania, kiedy nastąpiła eksplozja, ale technika ta nie rozróżnia między popiołem a gazem podczas erupcji. Satelity zbierają dane o erupcjach, choć w wielu przypadkach zależy to od dobrej pogody we właściwym czasie.
Jak mówi Schultz, wyładowania piorunowe i wentylacyjne mogą również ostatecznie zapewnić wczesne ostrzeżenia, zwłaszcza przed większymi erupcjami bogatymi w popiół.
