Stel je voor dat je je klaarmaakt om naar je favoriete vakantiebestemming te vliegen als er plotseling een vulkaan uitbarst, enorme hoeveelheden vulkanische as de atmosfeer in sturen, en de annulering van uw vlucht afdwingen. Dat is precies wat er gebeurde in april 2010 toen Eyjafjallajokull, een vulkaan in IJsland, zes dagen lang het vliegverkeer in Europa uitbrak en verstoorde. Wetenschappers gebruiken nu plasmafysica om de kenmerken van deze gevaarlijke aspluimen te voorspellen.

Vulkanen zijn scheuren in de korst van een planeet en komen voor in het hele zonnestelsel. Op aarde, vulkanen worden over het algemeen gevonden langs de grenzen van botsende of divergerende tektonische platen of op gaten in de korst van onze planeet die hotspots worden genoemd.

Tijdens een vulkaanuitbarsting, er is een uitstroom van gas onder hoge druk door een mondstuk of ontluchting. Dit zorgt ervoor dat wat wetenschappers beschrijven als een staande schokgolf in het nabije ventilatiegebied (Figuur 1). Een schokgolf is een storing die sneller beweegt dan de snelheid van het geluid, als een sonische knal, en veroorzaakt een opbouw van dichtheid terwijl het zich voortplant. Een staande schokgolf is er een die stil blijft staan, zodat de opbouw van dichtheid op zijn plaats blijft. Hoewel deze staande schokgolven eerder zijn onderzocht in de context van raketpluimen en brandstofinjectie, er zijn relatief weinig onderzoeken naar de uitstroom van een fijnstofhoudend gas, vooral vulkanische as.

Onlangs, een onderzoeksteam van het Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) gebruikte plasmafysica om te onderzoeken hoe de toevoeging van vulkanische as de kenmerken van de vulkanische staande schokgolf beïnvloedt en kwam met een ontdekking.

"Onze simulaties laten zien dat vulkanische as de hoogte verandert, breedte, en levensduur van de staande schokgolf, " zegt Dr. Jens von der Linden, LLNL-fysicus en hoofdonderzoeker van het project die de bevindingen deze week zal presenteren op de American Physical Society Division of Plasma Physics-conferentie in Ft. Lauderdale, Florida.

Medewerkers van de Ludwig-Maximillian University hebben onlangs in schokbuisexperimenten ontdekt dat het licht dat wordt uitgestraald door het plasma van elektrische vonken het staande schokoppervlak schetst in de aanwezigheid van vulkanische as (Figuur 2). Deze ontdekking maakt het nu mogelijk om de vorm van de staande schokgolf te volgen in laboratoriumexperimenten met verschillende deeltjes-gasmengsels door de elektrische vonken in beeld te brengen.

Waarnemingen van vulkaanuitbarstingen suggereren dat geladen asdeeltjes in het lagedrukgebied van de staande schokgolf vonken kunnen vormen, die kunnen worden gedetecteerd door de radiogolven die ze produceren. In de toekomst, wetenschappers konden de elektrische vonkposities van radiogolfmetingen trianguleren om de staande schokgolfstructuur boven de vulkanische opening te bepalen en, door de vorm te vergelijken met numerieke en experimentele resultaten van Dr. von der Linden en collega's, schat het asdeeltjesgehalte van een uitbarsting.

"Deze asschattingen kunnen worden gebruikt om vroege voorspellingen te ontwikkelen van vulkanische aspluimen die gevaarlijk kunnen zijn voor de luchtvaart, net zoals we zagen bij de uitbarsting van Eyjafjallajokull in IJsland in 2010, zei dr. von der Linden.