in 2015, een vulkaan bij Colima, Mexico schoot enorme pluimen donkere as de lucht in en veroorzaakte dramatische bliksemschichten. De vulkaan is een van de meest actieve in Midden-Amerika. Marc Szeglat/Barcroft Media/Barcroft Media via Getty Images

Bliksem verblindt ons en vulkanische pluimen kunnen fascinerend zijn. Dus een vulkaan midden in de uitbarsting, geflankeerd door zigzaggen van bliksem, moet een van de coolste spektakels in de natuur zijn. En het is. Mensen kijken al duizenden jaren naar dit scherm. Toen Plinius de Jongere de uitbarsting van de Vesuvius zag in 79 CE, hij merkte een "bliksemflits" op die de lucht opfleurde terwijl vulkanische as uitspuwde.

Dat deze twee dingen tegelijk gebeurden, was misschien geen toeval. Tegenwoordig is het een bekend feit dat golvende vulkanische aspluimen bliksem kunnen genereren. Nu voor de eerste keer ooit, je kunt naar de donderslagen luisteren. Eerder deze maand, de wereld leerde dat een team onder leiding van USGS-geoloog Matt Haney erin slaagde het geluid van door vulkaan geproduceerde donder te isoleren en op te nemen. Zoiets was nog nooit eerder gedaan - en de prestatie zou de weg kunnen effenen voor levensreddende inzichten.

De fysica van (normale) bliksem

Ongeacht zijn traject, elke bliksemschicht wordt geproduceerd door ladingsscheiding. Een onweerswolk is als een enorme, drijvende batterij. De basis is negatief geladen, terwijl het bovenste deel een positieve lading heeft. Tijdens onweersbuien, de grond zelf wordt ook positief geladen. Dit alles betekent dat er heel wat polarisatie gaande is.

Tegengestelde ladingen trekken elkaar van nature aan en proberen elkaar in evenwicht te brengen. Bliksem is een snelle elektrische ontlading die kan optreden tussen een positief geladen gebied en een negatief geladen gebied. Door elektronen naar een van deze polen te sturen, bliksem neutraliseert tijdelijk de lading van de ruimte ertussen.

Hoe worden onweerswolken in de eerste plaats geëlektrificeerd? Men denkt dat luchtstromen koele waterdruppels en kleine ijsdeeltjes in een versneld tempo omhoog duwen. Naarmate deze lichamen hoger en hoger reizen, ze botsen met zwaardere deeltjes genaamd graupel (of "zachte hagel"), die in de onderste helft van de wolk hangen. De botsingen geven die klimmende deeltjes theoretisch een positieve lading, terwijl de graupel negatief wordt geladen. Houd dat in gedachten, want het zal ons helpen begrijpen hoe vulkanische bliksem zich kan vormen.

Ijs, As en uitbarstingen

De manier waarop een vulkaan uitbarst, hangt van veel dingen af. Een belangrijke factor is de temperatuur van het magma dat onder het oppervlak ligt. Als dit materiaal heet is - zeg, in de marge van 1, 200 graden Celsius (2, 192 graden Fahrenheit) - en het is vloeibaar, je krijgt een uitbundige uitbarsting. Bij zulke uitbarstingen, lava stroomt zachtjes langs de zijkanten van de vulkaan. Maar als het magma koeler en stroperiger is, dat betekent dat de gassen in de vulkaan moeilijker kunnen ontsnappen. Dan krijg je veel interne druk die culmineert in een zogenaamde explosieve uitbarsting, met lava en aspluimen die hemelwaarts schieten.

"Elke vulkaan die explosieve uitbarstingen en aspluimen produceert, kan bliksem genereren, " Matthijs Haney, doctoraat, een geofysicus bij de USGS en Alaska Volcano Observatory in Anchorage, zegt in een e-mail. "Vulkanen die lava uitsijpelen in een uitbundige uitbarsting, in plaats van een explosieve, zou waarschijnlijk geen bliksem produceren."

De bliksem zelf wordt op twee manieren gemaakt; beide hebben betrekking op aspluimen. Soms, als er een wolk van vulkanische as boven de grond zweeft, de afzonderlijke asdeeltjes wrijven tegen elkaar. Dat produceert statische elektriciteit, waarbij sommige deeltjes positief geladen worden en andere negatief. Het resultaat is een perfecte omgeving voor bliksem.

"De andere manier is dat as op grote hoogte in de vulkanische pluim met ijs bedekt wordt en dat de met ijs bedekte asdeeltjes met elkaar botsen, " zegt Haney. "Deze tweede manier is vergelijkbaar met hoe gewone bliksem hoog in een onweerswolk wordt geproduceerd."

Donder opnemen

Donder zelf treedt op nadat de hitte van een bliksemschicht sommige van de omringende luchtdeeltjes snel opwarmt terwijl andere weggeduwd worden. Na de staking, de lucht koelt af en trekt met hoge snelheid samen. De activiteit maakt een krakend geluid dat 10 keer luider kan zijn dan het geluid van een pneumatische drilboor. En toch in een vulkaanuitbarsting, het is gemakkelijk voor de donderslag om te worden overstemd door gebrul en scheuren op grote afstand, die nog oorverdovender zijn.

Daarom zijn de nieuwe opnames zo grensverleggend. In december 2016, Haney en vijf andere geologen hebben microfoons opgesteld op een van de Aleoeten in Alaska. De betreffende landmassa bevond zich in de buurt van de Bogoslof-vulkaan, een 6, 000 voet (1, 828-meter) kolos verankerd op de oceaanbodem met een top die nauwelijks boven zeeniveau ligt.

Over een periode van acht maanden, Bogoslof barstte meer dan 60 keer uit. Het team van Haney was er om alles op te nemen. Hij zei dat ze in maart en juni 2017 de grond raakten "door uitbarstingen bij Bogoslof te analyseren die abrupt tot rust kwamen." Toen de oorverdovende uitbarstingen verdwenen, hun instrumenten waren in staat om de knallen van door de vulkaan gegenereerde donder op te vangen.

"We hebben laten zien dat de dondersignalen uit een andere richting kwamen dan de vulkanische opening, " zegt Haney. Gedurende de hele studie, bliksemsensoren werden gebruikt om de exacte locatie van bouten in de aspluimen van Bogoslof te bepalen. Haney zegt dat zijn team "aantoonde dat het patroon van de donder in de tijd overeenkwam met het patroon van de bliksem." Met andere woorden, er was een duidelijk verband tussen de twee.

De resultaten van de wetenschappers werden op 13 maart gepubliceerd in Geological Research Letters, 2018. Nu iemand eindelijk een manier heeft gevonden om het geluid van vulkanische donder op te nemen, toekomstige onderzoekers zullen er ongetwijfeld naar proberen te luisteren. Door deze geluiden te monitoren, we kunnen misschien beter berekenen hoe groot of wijdverbreid een bepaalde aspluim is. Dat zou ons kunnen helpen vliegtuigen buiten gevaar te houden - en evacuaties na de uitbarsting te organiseren.

Dat is nu interessant

Toen het vulkanische eiland Krakatoa in 1883 zijn top ontplofte, de uitbarsting was luid. Belachelijk luid. Een Britse zeekapitein die op dat moment 40 mijl (64 kilometer) verwijderd was, meldde dat meer dan de helft van zijn bemanning doof was van het lawaai. mensen wonen 3, 000 mijl (4, 828 kilometer) van de uitbarstingsplaats hoorde wat een getuige vergeleek met "het verre gebrul van zware kanonnen". En helemaal, sommige atmosferische weerkaatsingen van Krakatoa reisden drie of vier keer de hele wereld rond. Jeej.