El rayo volcánico es una descarga eléctrica causada por una erupción volcánica , en lugar de una tormenta eléctrica ordinaria . Los relámpagos volcánicos surgen de la colisión y fragmentación de partículas de ceniza volcánica (ya veces hielo ), [1] [2] que generan electricidad estática dentro de la columna volcánica , [3] dando lugar al nombre de tormenta sucia . [4] [5] La convección húmeda y la formación de hielo también impulsan la dinámica de la pluma de erupción [6] [7] y pueden desencadenar rayos volcánicos. [8] [9]Pero a diferencia de las tormentas eléctricas ordinarias, los relámpagos volcánicos también pueden ocurrir antes de que se hayan formado cristales de hielo en la nube de cenizas. [10] [11]
Rayo volcánico | |
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Efecto | Relámpago |
Las primeras observaciones registradas de relámpagos volcánicos [12] son de Plinio el Joven , que describe la erupción del Vesubio en el 79 d.C. "Había una oscuridad más intensa que se volvió más espantosa por el destello intermitente de las antorchas a intervalos oscurecidos por el resplandor transitorio de relámpago." [13] Los primeros estudios de rayos volcánicos también fueron realizados en el Monte Vesubio por el profesor Palmieri, quien observó las erupciones de 1858, 1861, 1868 y 1872 desde el Observatorio del Vesubio . Estas erupciones a menudo incluían actividad de rayos. [13]
Se han informado casos sobre el volcán Mount Augustine de Alaska , [14] el volcán Eyjafjallajökull de Islandia , [15] el monte Etna en Sicilia , Italia , [16] y el volcán Taal en Filipinas . [17] [18]
Mecanismos de carga
Carga de hielo
Se cree que la carga de hielo juega un papel importante en ciertos tipos de penachos de erupción, particularmente aquellos que se elevan por encima del nivel de congelación o que involucran la interacción magma-agua . [19] Las tormentas eléctricas ordinarias producen rayos a través de la carga de hielo [20] cuando las nubes de agua se electrifican por la colisión de cristales de hielo y otros hidrometeoros . [21] Las columnas volcánicas también pueden transportar abundante agua. [22] Esta agua se obtiene del magma, [23] se vaporiza de fuentes circundantes como lagos y glaciares, [24] y se arrastra desde el aire ambiental a medida que la pluma se eleva a través de la atmósfera. [6] Un estudio sugirió que el contenido de agua de las columnas volcánicas puede ser mayor que el de las tormentas eléctricas. [25] El agua se transporta inicialmente como vapor caliente , que se condensa en líquido en la columna ascendente y finalmente se congela en hielo si la columna se enfría muy por debajo del punto de congelación. [26] Algunas erupciones incluso producen granizo volcánico. [7] [27] El apoyo a la hipótesis de la carga de hielo incluye la observación de que la actividad de los rayos aumenta en gran medida una vez que las columnas volcánicas se elevan por encima del nivel de congelación, [28] [19] y la evidencia de que los cristales de hielo en la parte superior del yunque de la nube volcánica son portadores de carga efectivos. [9]
Carga por fricción
Se cree que la carga triboeléctrica (friccional) dentro de la columna de un volcán durante una erupción es un mecanismo de carga eléctrica importante. Las cargas eléctricas se generan cuando los fragmentos de roca, las cenizas y las partículas de hielo en una columna volcánica chocan y producen cargas estáticas , de forma similar a como chocan las partículas de hielo en las tormentas eléctricas regulares . [12] La actividad convectiva que hace que la pluma se eleve separa las diferentes regiones de carga y, en última instancia, provoca una avería eléctrica.
Fractoemisión
Fractoemisión es la generación de carga a través de la ruptura de partículas de roca. Puede ser una fuente importante de carga cerca del respiradero en erupción. [29]
Carga radiactiva
Aunque se cree que tiene un pequeño efecto en la carga general de las columnas volcánicas, los radioisótopos naturales dentro de las partículas de roca expulsadas pueden, no obstante, influir en la carga de partículas. [30] En un estudio realizado con partículas de ceniza de las erupciones de Eyjafjallajökull y Grímsvötn , los científicos encontraron que ambas muestras poseían una radiactividad natural por encima del nivel de fondo, pero que los radioisótopos eran una fuente poco probable de autocarga en la columna de Eyjafjallajökull. [31] Sin embargo, existía la posibilidad de una mayor carga cerca del respiradero donde el tamaño de las partículas es mayor. [30] La investigación continúa, y la electrificación a través de radioisótopos, como el radón , puede en algunos casos ser significativa y en diversas magnitudes un mecanismo algo común. [32]
Altura de la pluma
La altura de la nube de ceniza parece estar relacionada con el mecanismo que genera el rayo. En penachos de ceniza más altos (7 a 12 km), grandes concentraciones de vapor de agua pueden contribuir a la actividad de los rayos, mientras que los penachos de ceniza más pequeños (1 a 4 km) parecen obtener una mayor carga eléctrica de la fragmentación de las rocas cerca del respiradero del volcán ( fractoemisión). [28] La temperatura atmosférica también juega un papel en la formación de rayos. Las temperaturas ambientales más frías promueven la congelación y la carga de hielo dentro de la columna, lo que conduce a una mayor actividad eléctrica. [33] [31]
Esférulas volcánicas inducidas por rayos
Los estudios experimentales y la investigación de depósitos volcánicos han demostrado que la iluminación volcánica crea un subproducto conocido como " esférulas volcánicas inducidas por rayos " (LIVS). [34] [35] Estas diminutas esférulas de vidrio se forman durante procesos de altas temperaturas, como los rayos de nube a tierra, análogos a las fulguritas . [34] La temperatura de un rayo puede alcanzar los 30.000 ° C. Cuando este perno entra en contacto con partículas de ceniza dentro de la columna, puede hacer una de dos cosas: (1) vaporizar completamente las partículas de ceniza, [36] o (2) hacer que se derritan y luego solidificar rápidamente a medida que se enfrían, formando orbes. [35] La presencia de esférulas volcánicas inducidas por relámpagos puede proporcionar evidencia geológica de relámpagos volcánicos cuando el relámpago en sí no se observó directamente. [34]
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