Vulkanisk aske ændrer højden, bredde og levetid for en stående chokbølge, der kan opstå under vulkanudbrud

Forestil dig, at du gør dig klar til at flyve til din foretrukne feriedestination, når pludselig en vulkan bryder ud, sender enorme mængder vulkansk aske ud i atmosfæren, og tvinger til aflysning af dit fly. Det er præcis, hvad der skete i april 2010, da Eyjafjallajokull, en vulkan på Island, brød ud og forstyrrede flyrejser i Europa i seks dage. Forskere bruger nu plasmafysik til at forudsige egenskaberne ved disse farlige askeplumer.

Vulkaner er brud på en planets skorpe og er udbredt i hele solsystemet. På jorden, vulkaner findes generelt langs grænserne for kolliderende eller divergerende tektoniske plader eller på huller i vores planets skorpe kaldet hotspots.

Under et vulkanudbrud, der er en udstrømning af højtryksgas gennem en dyse eller udluftning. Dette bevirker, at forskere beskriver som en stående chokbølge til at dannes i området omkring udluftning (figur 1). En stødbølge er en forstyrrelse, der bevæger sig hurtigere end lydens hastighed, som en lydbom, og forårsager en opbygning af densitet, når den formerer sig. En stående chokbølge er en, der forbliver stationær, så opbygningen af ​​tæthed forbliver på plads. Selvom disse stødende stødbølger tidligere er blevet undersøgt i forbindelse med raketplumer og brændstofindsprøjtning, der er relativt få undersøgelser vedrørende udstrømning af en gas, der indeholder fine partikler, især vulkansk aske.

For nylig, et forskergruppe ved Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) brugte plasmafysik til at undersøge, hvordan tilsætning af vulkansk aske påvirker egenskaberne ved den vulkanske stående stødbølge og fandt på en opdagelse.

"Vores simuleringer viser, at vulkansk aske ændrer højden, bredde, og levetiden for den stående chokbølge, "siger Dr. Jens von der Linden, LLNL fysiker og hovedforsker på projektet, der vil præsentere resultaterne i denne uge på American Physical Society Division of Plasma Physics konference i Ft. Lauderdale, Florida.

Samarbejdspartnere ved Ludwig-Maximillian University opdagede for nylig i stødrørsforsøg, at lyset fra plasmaet af elektriske gnister skitserer den stående stødoverflade i nærvær af vulkansk aske (figur 2). Denne opdagelse tillader nu sporing af den stående chokbølgeform i laboratorieforsøg med forskellige partikel-gasblandinger ved at afbilde de elektriske gnister.

Observationer af vulkanudbrud tyder på, at ladede askepartikler i lavtryksområdet i den stående chokbølge kan danne gnister, som kan detekteres af de radiobølger, de producerer. I fremtiden, forskere kunne triangulere de elektriske gnistpositioner fra radiobølgemålinger for at bestemme den stående chokbølgestruktur over den vulkanske udluftning og, ved at sammenligne formen med numeriske og eksperimentelle resultater fra Dr. von der Linden og kolleger, estimere askepartikelindholdet i et udbrud.

"Disse askeestimater kan bruges til at udvikle tidlige forudsigelser af vulkanske askefjerner, der kan være farlige for luftfarten, ligesom vi så ved udbruddet i Eyjafjallajokull i 2010 på Island, sagde Dr. von der Linden.