المرح مثل وميض البرق تمزق الغيوم السوداء ، ولمعان فقط للحظة ؛ الحيوية تلمع مثل النهار ، وتملأ الروح بهدوء قوي ومستمر "
- جوزيف أديسون ، المشاهد
واحدة من أكثر الظواهر المدهشة التي تحدث في غلافنا الجوي هي البرق. في الفيديو ، يمكنك أن ترى بالحركة البطيئة كيف يحدث تبادل للإلكترونات في ضربة واحدة بين الغيوم وسطح الأرض بمقدار 100،000،000،000،000،000،000،000.
كيف يحدث هذا؟
تذكر أن كل ذرة في الكون - بما في ذلك الذرات في غلافنا الجوي - تتكون من نواة موجبة الشحنة ومجموعة من الإلكترونات ذات الشحنة السالبة. عادة ما نعتبر الذرات المحايدة التي يتوافق فيها عدد الإلكترونات مع عدد البروتونات في كل نواة ، ولكن هذا ليس هو الحال دائمًا.
في كثير من الأحيان ، تفضل الذرة بقوة أن تصبح متأينة ، أي التقاط أو فقدان الإلكترون (الإلكترونات). في بعض الأحيان يكون مثال عدة الأيونات شيء مثل ملح الطعام.
إذا تمكنت من فصل هذه الأيونات ، فستقوم بإنشاء فصل الشحنات ، مما سيؤدي إلى ظهور الجهد. عندما يصبح الجهد ، المعروف أيضًا باسم
الفرق في الجهد الكهربائي ، بين قسمين كبيرًا جدًا - حتى لو كان هناك هواء فقط بينهما -
يصبح تلقائيًا موصلًا ، وترى البرق ، وهو تبادل سريع للشحنات!
أنت تعرف البرق الذي يسافر مسافة كبيرة عندما يتم نقل الشحنة من سحب العاصفة إلى سطح الأرض. ولكن ، كما حدث مع ثوران بركان Eyjafjädlajökull ، غالبًا ما تؤدي الانفجارات البركانية أيضًا إلى ظهور البرق ، وتسمى
العاصفة الرعدية القذرة أو البرق البركاني.
على مر السنين ، تم جمع العديد من الصور المذهلة للبرق البركاني. ربما تكون المفضلة لدي ، صورة من ثوران Eyyafyadlayyokyudlya مأخوذة من طائرة هليكوبتر.
من الناحية التاريخية ، كان من الصعب جدًا التقاط لحظات البرق البركاني ، ولكننا تمكنا من التقاط مثل هذه الصور عدة مرات للبراكين المختلفة.
على سبيل المثال ، إليك صورًا لبركان تشيليان تشيلي الذي تم التقاطه أثناء ثورانه في عام 2008 - وهو الأول منذ 9000 عام!
نشط بشكل لا يصدق في التاريخ الحديث ، البركان الياباني
ساكوراجيما ، والذي كان ينفجر بشكل مستمر تقريبًا منذ عام 1955. في عام 1960 ، تم تأسيس
مرصد بركاني لمراقبته ، وشهد ظهور البرق المتكرر ، بما في ذلك في عام 1988.
حتى البرق تم التقاطه في الفيلم أثناء
ثوران فيزوف عام 1944 !
أود أن أقول بالتفصيل كيف يعمل البرق البركاني ، ولكن بصراحة ، لا نعرف هذا 100٪. هذه المسألة لا تزال قيد
الدراسة بنشاط .
ولكن بصفتي فيزيائي نظري ، يمكنني أن أوضح لك بشكل عام الصورة العامة لما يحدث بالضبط مع احتمال كبير.
الخطوة 1 - معظم الذرات محايدة. ولكن في وجود كميات كبيرة من الطاقة الحرة ، لا توجد مشكلة في إخراج الإلكترونات من بعض الذرات التي تمسك بها قليلًا جدًا. في الوقت نفسه ، سيتم التقاط هذه الإلكترونات بواسطة ذرات أخرى مصابة (الخطوة 2).
لا توجد مشاكل في هذا الجزء - نحن نتحدث عن بركان!
ياسور - بركان نشط في جزيرة تانا (فانواتو) ، 2010عند درجات حرارة تصل إلى 1500 كلفن لن يكون هناك نقص في الطاقة من أجل القضاء على إلكترونات بعض الذرات. ستلتقط الإلكترونات المقطوعة ذرات أخرى ، مما سيخلق عددًا كبيرًا من الأيونات الموجبة والسالبة.
اللحظة الأساسية والضرورية هي فصل الشحنات السلبية والإيجابية (الخطوة 3). تحتاج إلى فصل الكثير من الأيونات ، وفصلها على مسافة كبيرة بما يكفي لتحقيق فرق محتمل يمكن أن يسبب البرق (الخطوة 4). إذا استطعنا القيام بذلك ، يمكننا إنشاء البرق البركاني.
كيف نفصل هذه الرسوم؟ تذكر أن لدينا مجموعة من الذرات المؤينة ، سواء كانت موجبة أو سالبة ، في وسط ساخن ومضطرب. تظهر فيه عناصر مختلفة ، ترتفع من أحشاء الأرض.
يمكن ملاحظة أن هذه العناصر تختلف عن بعضها البعض في الكتلة وفي نصف القطر. يجب أن ترتفع درجة حرارتها جميعًا ، وبعد هروبها من فم البركان ، يجب أن تنخفض درجة حرارتها. وهذا مهم جدًا لسرعات الذرات / الأيونات المعنية.
في المتوسط ، تتحرك الذرات والأيونات التي تخرج من البركان بشكل أسرع ، ثم تبرد وتبدأ في التحرك ببطء أكثر.
هذا في حد ذاته لا يعني الكثير ، ولكن هناك عاملان مهمان يلعبان دورًا في تسهيل الفصل بين الأيونات الموجبة والسالبة. أولاً ، هذه الأيونات مختلفة جدًا في الكتلة!
كلما زادت الكتلة الذرية للعنصر ، كلما أبطأ تحركه بعيدًا ، حتى لو كانت درجة حرارته قابلة للمقارنة بعنصر أخف! يتبع الكثير من هذا ، بما في ذلك حقيقة أن الأيونات الثقيلة لديها المزيد من القصور الذاتي وأكثر صعوبة بالنسبة لهم لتغيير الزخم. لذلك فإن هذه الأيونات الثقيلة تتحرك ببطء بشكل مختلف تمامًا عن الأيونات السريعة والخفيفة. علاوة على ذلك ، سيتم الحفاظ على هذا الموقف في درجات حرارة مختلفة!
العامل الثاني المهم جدًا الذي يسهل فصل الأيونات هو الاختلاف الكبير في الحجم ، وبالتالي في المقاطع العرضية بين الأيونات الموجبة والسالبة.
بطبيعة الحال ، فإن العناصر المختلفة لها أحجام مختلفة. لكن الأيونات تتصرف بشكل أكثر جذرية. دعونا نرى كيف بالضبط.
عادة ما تكون الأيونات ذات الشحنة السالبة ضخمة ، والأيونات المشحونة إيجابياً تكون صغيرة! لماذا؟ إذا وضعت المزيد من الإلكترونات في ذرة ، فسوف تتنافر مع بعضها البعض ، ولن تتمكن النواة (التي ستحتوي على بروتونات أقل من الإلكترونات) من حمل الإلكترونات في مثل هذه المساحة الكامنة في ذرة محايدة ، وبالتالي تنمو الذرة في الحجم. من ناحية أخرى ، للحصول على أيون موجب الشحنة ، تحتاج إلى إخراج الإلكترونات من الذرة ، وتحمل النواة (التي يوجد فيها بروتونات أكثر من الإلكترونات) الإلكترونات بشكل مضغوط!
هذا يعني أن المقطع العرضي للأيونات السالبة سيكون أكبر من المقطع العرضي للأيونات الموجبة ، وبالتالي ، سيتصرفون بشكل مختلف تمامًا.
إذا جمعت كل هذه الحقائق: أيونات الكتل المختلفة ، تتحرك بمتوسط سرعات مختلفة ولها أقسام مختلفة في وسط مع تدرج درجة حرارة - وهنا فصل الأيونات! وماذا حصلنا عليه نتيجة لذلك؟
البرق البركاني! يتم التقاط جميع الصور أيضًا في تشيلي ، في يونيو 2011. هذه واحدة من أحدث وأجمل صور البرق البركاني. استمتع بها!
كمكافأة على Google+ ، يمكنك
مشاهدة الألبوم الكامل لصور البراكين والبرق البركاني!