Во время извержений вулканов нередко можно увидеть молнии, которые возникают непосредственно над жерлом в облаках пепла. В общих чертах ученые представляли, каким образом формируются условия для таких разрядов в вулканическом пепле. Однако новое исследование дает представление о неизвестных ранее деталях процесса.
Вулканический пепел содержит много частиц диоксида кремния. Но их столкновение и трение само по себе не должно приводить к трибоэлектрическим эффектам, то есть к накоплению разных зарядов и обмена ими в виде удара молнии. Однако явление в природе все же наблюдается. Чтобы понять, какой компонент за него отвечает, исследователи провели эксперимент.
Ученые создали небольшую звуковую камеру, где с помощью акустических колебаний воздействовали на шарики из диоксида кремния, помещенные между пластинами из того же материала. Они наблюдали, приводит ли это к электризации вещества. Затем опыты повторялись, но в них делались маленькие корректировки, которые воссоздавали на молекулярном уровне различные условия, возникающие при извержении вулкана в облаке пепла.
Степень электризации частиц при этом менялась весьма значительно. Ученые определили, что наилучшие условия для нее возникают, когда в смеси присутствует много углеродсодержащих компонентов. Они активно участвуют в накоплении зарядов и создании трибоэлектрических эффектов. По сути, молния в облаке вулканического пепла представляет собой сочетание физических и химических факторов.
Открытие показывает, что при изучении трибоэлектрических эффектов необходимо доходить до молекулярного уровня, не ограничиваясь только процессами трения и столкновений частиц. При этом ученые отмечают, что это лишь один из нескольких механизмов электризации вулканического пепла. Еще одним, например, является накопление заряда за счет ледяных кристаллов. Содержащаяся в выбросах влага на большой высоте образует льдинки, которые трением создают условия для возникновения молний — нечто похожее наблюдается в обычных грозовых облаках.
Ранее мы рассказывали, как ученые зафиксировали самое мощное извержение вулкана за пределами Земли.