Retrocesso quinta-feira: A física dos relâmpagos vulcânicos
Crédito da imagem: Relâmpago sobre o Vulcão Puyehue, Francisco Negroni/AP.
É uma das vistas mais bonitas (e aterrorizantes) do mundo. Mas o que causa isso?
Se você for pego em um campo de golfe durante uma tempestade e tiver medo de raios, segure um ferro 1. Nem mesmo Deus pode acertar um ferro 1. – Lee Trevino
Aqui na Terra, a natureza faz todo tipo de demonstrações destrutivas de poder. De furacões a tornados, avalanches, tsunamis e terremotos, os fenômenos naturais são rotineiramente capazes de devastar cidades inteiras. Mas talvez nenhuma força destrutiva seja mais fascinante do que o vulcão.
Crédito da imagem: NASA, experimento ISS Crew Earth Observations e Image Science & Analysis Group, Johnson Space Center.
Das profundezas do manto da Terra, a rocha líquida aquecida a milhares de graus sobe até a crosta e, em alguns pontos fracos selecionados, pode irromper até a superfície. Quando isso acontece, não apenas a lava emerge, mas é frequentemente acompanhada por grandes quantidades de fuligem e cinzas.
E ocasionalmente, se a receita estiver certa, relâmpago também.
Crédito da imagem: Martin Rietze ( Paisagens alienígenas no planeta Terra )
Há muita coisa que nem sequer entendemos normal relâmpagos que ocorrem em tempestades, muito menos em relâmpagos vulcânicos. No entanto, só porque não sabemos tudo sobre isso não significa que não podemos falar de forma inteligente sobre esse fenômeno assustadoramente bonito, e falar sobre a física que Faz conhecer.
Crédito da imagem: Sigurður Hrafn Stefnisson também http://www.stefnisson.com/ .
Então, quando é mais provável que os raios vulcânicos ocorram e – até onde sabemos – o que os causa?
Em primeiro lugar, parece ocorrer com mais frequência em torno de vulcões com grandes nuvens de cinzas e foi primorosamente registrado em torno de várias erupções vulcânicas recentes, incluindo Eyjafjallajökull na Islândia, Sakurajima no Japão e os vulcões Puyehue e Chaiten no Chile. Mas o que você pode não saber é que esse fenômeno não foi apenas capturado durante a última erupção do Monte Vesúvio em 1944, mas foi descrito com precisão quase 2.000 anos atrás quando entrou em erupção no ano 79!
Crédito da imagem: Força Aérea dos EUA (inserção), Carlos Gutierrez (principal).
Cada relâmpago é a troca de cerca de 10^20 elétrons, ou - porque eu quero que você veja escrito - 100.000.000.000.000.000.000 partículas carregadas.
Você pode estar acostumado a átomos sendo neutros – com números iguais de elétrons, pois há prótons em seus núcleos – mas o calor e o atrito tornam surpreendentemente fácil para os átomos ganhar ou perder elétrons e se tornarem íons.
Nas temperaturas que os vulcões atingem, é energeticamente favorável para um átomo se tornar ionizado , onde ele pega ou perde um elétron (ou dois, ou três). Certamente não precisamos ir a esses extremos para encontrar íons; algo tão simples como sal de mesa (ou esfregar meias de lã no tapete) é um exemplo.
Crédito da imagem: Robert Wollaston do Des Moines Area Community College.
Agora, se você pode separar esses íons uns dos outros, você cria uma separação de carga, que cria uma Voltagem . Quando a tensão (também conhecida como diferença de potencial elétrico ) entre duas regiões se torna muito grande - mesmo que ar é a única coisa entre eles - é espontaneamente torna-se condutora , e essa rápida troca de carga é o que você vê como um relâmpago!
Ao todo, foram mais de 150 diferente erupções ao longo dos últimos dois séculos, onde os relâmpagos vulcânicos foram registrados.
Crédito da imagem: Marco Fulle (Stromboli Online)
Então, com tudo isso em mente, como isso acontece? Vamos orientá-lo passo a passo.
Crédito da imagem: Ken Costello.
1.) Abundância de íons positivos e negativos. A combinação de calor (cerca de 1.500 Kelvin, para um vulcão típico) e a composição diversa do que é desenterrado por um vulcão garante que uma minoria significativa de partículas saindo seja não neutro. Os elétrons podem ser expulsos de algumas moléculas com relativa facilidade e absorvidos por outras; para as partículas individuais de cinzas que saem, muitas são íons carregados positivamente e muitos são íons carregados negativamente.
Além de suas cargas diferirem umas das outras, eles também têm diferentes pesos moleculares (ou atômicos) um do outro, bem como diferentes tamanhos físicos (ou seções transversais). Isso é extremamente importante, porque permite o passo 2.
Crédito da imagem: Avon Community School Corporation, Departamento de Química.
2.) Temos que separado as cargas negativas das positivas . Os átomos neutros têm tamanhos físicos diferentes uns dos outros, e os átomos carregados (e moléculas) têm essa diferença ainda mais exagerada. Há também diferenças de massa significativas entre diferentes átomos e moléculas, o que é importante porque dar a mesma quantidade de energia a uma partícula mais leve significa que ela acaba se movendo mais rápido. E, finalmente, há também um gradiente de temperatura, onde as partículas que acabam de sair têm temperaturas mais altas do que as que estão na atmosfera há algum tempo.
Crédito da imagem: Phong Dao e Julie Quattrocchi, UC Davis ChemWiki.
Essa combinação de diferentes temperaturas e diferentes massas dá a esses íons velocidades diferentes uns dos outros. E quando você tem um ambiente turbulento, partículas menores e mais leves são normalmente transportadas por distâncias maiores com mais facilidade, facilitando a separação de cargas por grandes distâncias.
Crédito da imagem: Brentwood Higman, retirado de geology.com.
3.) Quando há uma diferença de voltagem grande o suficiente, você obtém uma descarga elétrica, que é um raio! E esse é o processo geral por trás de como os raios vulcânicos funcionam.
Combine essas coisas: íons de massa (e carga) diferentes movendo-se em velocidades médias diferentes com seções transversais diferentes em um ambiente com gradiente de temperatura, e aí está sua receita para uma separação de carga! Pegue um que seja grande o suficiente, e o que isso lhe dá?
Crédito da imagem: Ivan Alvarado/Reuters.
Relâmpago vulcânico!
Ainda há uma série de detalhes a serem preenchidos no que diz respeito à quão isso ocorre em erupções vulcânicas, por que às vezes ocorre na virtual ausência de nuvens de cinzas e por que alguns vulcões parecem não tê-lo. Mas essa imagem básica é irrefutável e nos deu algumas vistas espetaculares para todo o mundo compartilhar.
Crédito da imagem: Relâmpago sobre o Vulcão Puyehue, Francisco Negroni/AP.
As imagens mais espetaculares - como essas - tendem a ser imagens de lapso de tempo, onde muitos relâmpagos que ocorrem em períodos de minutos ou mesmo horas são mostrados no mesmo quadro.
Crédito da imagem: Carlos Gutierrez/Reuters.
E essa é a física dos raios vulcânicos, junto com algumas imagens incríveis. Espero que você tenha aproveitado!
Tem uma pergunta, comentário ou desejo de avaliar? Junte-se a nós no Começa com o fórum de um estrondo no Scienceblogs , e mande-nos uma linha!
Compartilhar:
