Monte Rinjani, Indonésia, Erupção de 1995. Relâmpagos vulcânicos visíveis podem ocorrer em toda a pluma, faíscas invisíveis podem ocorrer na região de baixa pressão de ondas de choque estacionárias formadas na região próxima à ventilação. Crédito:Oliver Spalt CC-BY-SA 3.0
Imagine que você está se preparando para voar para o seu destino de férias favorito quando de repente um vulcão entra em erupção, enviando grandes quantidades de cinzas vulcânicas para a atmosfera, e forçando o cancelamento do seu voo. Isso é exatamente o que aconteceu em abril de 2010 quando Eyjafjallajokull, um vulcão na Islândia, estourou e interrompeu as viagens aéreas na Europa por seis dias. Os cientistas agora estão usando a física do plasma para prever as características dessas perigosas plumas de cinzas.
Vulcões são rupturas na crosta de um planeta e prevalecem em todo o sistema solar. Na terra, vulcões são geralmente encontrados ao longo dos limites de placas tectônicas em colisão ou divergência ou em buracos na crosta do nosso planeta chamados pontos quentes.
Durante uma erupção vulcânica, há uma saída de gás de alta pressão através de um bico ou respiradouro. Isso faz com que o que os cientistas descrevem como uma onda de choque estacionária se forme na região próxima à ventilação (Figura 1). Uma onda de choque é um distúrbio que se move mais rápido do que a velocidade do som, como um estrondo sônico, e causa um aumento de densidade à medida que se propaga. Uma onda de choque estacionária é aquela que permanece estacionária, então o acúmulo de densidade permanece no lugar. Embora essas ondas de choque estacionárias tenham sido exploradas anteriormente no contexto de plumas de foguetes e injeção de combustível, existem relativamente poucos estudos envolvendo a saída de um gás contendo partículas finas, especialmente cinzas vulcânicas.
Recentemente, uma equipe de pesquisa do Laboratório Nacional Lawrence Livermore (LLNL) usou a física do plasma para investigar como a adição de cinzas vulcânicas afeta as características da onda de choque vulcânica estacionária e fez uma descoberta.
Modelo, simulação, e experimente. a) As faíscas ocorrem na região de baixa pressão de ondas de choque estacionárias. As faíscas são interrompidas pelo rápido aumento da pressão da superfície de choque em pé (Disco Mach, vermelho). b) A simulação da velocidade do fluxo de saída do gás mostra que a velocidade cai na superfície de choque levando ao acúmulo de gás e aumento da pressão. c) Imagem experimental mostrando faíscas elétricas abaixo da superfície de choque, faíscas superiores traçam a superfície de choque. Crédito:modelo e imagens de simulação do autor, imagem do experimento cortesia de Clare Kimblin &Ian McKenna, Laboratório de Tecnologia Especial, Suporte à missão e serviços de teste.
"Nossas simulações mostram que as cinzas vulcânicas modificam a altura, largura, e o tempo de vida da onda de choque estacionária, "diz o Dr. Jens von der Linden, Físico do LLNL e pesquisador-chefe do projeto que apresentará as descobertas esta semana na conferência American Physical Society Division of Plasma Physics em Fort. Lauderdale, Flórida.
Colaboradores da Ludwig-Maximillian University descobriram recentemente em experimentos com tubo de choque que a luz emitida pelo plasma de faíscas elétricas delineia a superfície de choque em pé na presença de cinzas vulcânicas (Figura 2). Esta descoberta agora permite o rastreamento da forma de onda de choque estacionária em experimentos de laboratório com diferentes misturas de partículas de gás por meio da geração de imagens das faíscas elétricas.
As observações de erupções vulcânicas sugerem que as partículas de cinzas carregadas na região de baixa pressão da onda de choque estacionária podem formar faíscas, que podem ser detectados pelas ondas de rádio que eles produzem. No futuro, os cientistas poderiam triangular as posições das faíscas elétricas a partir de medições de ondas de rádio para determinar a estrutura da onda de choque em pé acima da abertura vulcânica e, comparando a forma com os resultados numéricos e experimentais do Dr. von der Linden e colegas, estimar o conteúdo de partículas de cinza de uma erupção.
"Essas estimativas de cinzas podem ser usadas para desenvolver previsões iniciais de plumas de cinzas vulcânicas que podem ser perigosas para a aviação, assim como vimos na erupção do Eyjafjallajokull em 2010 na Islândia, "disse o Dr. von der Linden.
