Amusant comme un éclair qui déchire les nuages noirs et ne scintille qu'un instant; la vivacité brille comme le jour et remplit l'âme d'une sérénité forte et constante "
- Joseph Addison , le spectateur
L'un des phénomènes les plus frappants qui se produisent dans notre atmosphère est la foudre. Dans la vidéo, vous pouvez voir au ralenti comment, en un coup entre les nuages et la surface de la terre, un échange d'électrons se produit à environ 100 000 000 000 000 000 000 000.
Comment cela se produit-il?
Rappelons que chaque atome de l'univers - y compris les atomes de notre atmosphère - est constitué d'un noyau chargé positivement et d'un tas d'électrons chargés négativement. Nous considérons généralement des atomes neutres dans lesquels le nombre d'électrons correspond au nombre de protons dans chaque noyau, mais ce n'est pas toujours le cas.
Assez souvent, un atome est énergétiquement préférable pour devenir ionisé, c'est-à-dire ramasser ou perdre le ou les électrons. Parfois, un exemple de plusieurs ions est une chose comme le sel de table.
Si vous pouvez séparer ces ions, vous créerez une séparation des charges, ce qui entraînera l'apparition de tension. Lorsque la tension, également connue sous le nom de
différence de potentiels électriques , entre deux sections devient trop grande - même s'il n'y a que de l'air entre elles - elle
devient spontanément un conducteur , et vous voyez la foudre, qui est un échange rapide de charges!
Vous connaissez la foudre qui parcourt une grande distance lorsque la charge est transférée des nuages d'orage jusqu'à la surface même de la Terre. Mais, comme cela s'est produit avec l'éruption du volcan Eyjafjädlajökull, des éruptions volcaniques conduisent souvent à l'apparition de la foudre, appelée
orage sale ou foudre volcanique.
Au fil des ans, plusieurs superbes photographies d'éclairs volcaniques ont été collectées. Ma préférée, peut-être, sera une photo de l'éruption d'Eyyafyadlayyokyudlya prise depuis un hélicoptère.
Historiquement, il était très difficile de capturer les moments de la foudre volcanique, mais nous avons quand même réussi à prendre de telles photos plusieurs fois pour différents volcans.
Par exemple, voici des photos du volcan chilien Chaiten prises lors de son éruption en 2008 - la première depuis 9 000 ans!
Incroyablement actif dans l'histoire récente, le volcan japonais
Sakurajima , en éruption presque continue depuis 1955. En 1960, un
observatoire volcanique a été fondé pour l'observer, et il a vu l'apparition répétée de la foudre, y compris en 1988.
Même des éclairs ont été capturés sur pellicule lors de l'
éruption du Vésuve en 1944 !
Je voudrais dire en détail comment fonctionne la foudre volcanique, mais, franchement, nous ne le savons pas à 100%. Cette question est toujours
à l' étude .
Mais en tant que physicien théoricien, je peux très bien vous donner un aperçu général de ce qui se passe exactement avec une forte probabilité.
Étape 1 - la plupart des atomes sont neutres. Mais en présence de grands volumes d'énergie libre, il n'y a aucun problème à éliminer les électrons de certains des atomes qui s'y accrochent très peu. Dans le même temps, ces électrons seront capturés par d'autres atomes affligés (étape 2).
Il n'y a aucun problème avec cette partie - nous parlons d'un volcan!
Yasur - un volcan actif sur l'île de Tanna (Vanuatu), 2010À des températures de l'ordre de 1500 K, il n'y aura vraiment pas de manque d'énergie pour assommer les électrons de certains atomes. Les électrons éliminés ramasseront d'autres atomes, ce qui créera un grand nombre d'ions positifs et négatifs.
Le moment clé et nécessaire est la séparation des charges négatives et positives (étape 3). Vous devez séparer un grand nombre d'ions et les séparer à une distance suffisamment grande pour obtenir une différence de potentiel pouvant provoquer un éclair (étape 4). Si nous pouvons le faire, nous pouvons créer un éclair volcanique.
Comment séparons-nous ces frais? Rappelons que nous avons un tas d'atomes ionisés, chargés positivement et négativement, dans un milieu chaud et turbulent. Divers éléments y apparaissent, s'élevant des entrailles de la terre.
On constate immédiatement que ces éléments diffèrent les uns des autres à la fois en masse et en rayon. Tous doivent avoir une température élevée, et après s'être échappés de l'embouchure du volcan, leur température devrait baisser. Et cela est très important pour les vitesses des atomes / ions en question.
En moyenne, les atomes et les ions sortant d'un volcan se déplacent d'abord plus rapidement, puis se refroidissent et commencent à se déplacer plus lentement.
Cela en soi ne signifie pas grand-chose, mais deux facteurs importants entrent en jeu qui facilitent la séparation des ions chargés positivement et négativement. Tout d'abord, ces ions sont très différents en masse!
Plus la masse atomique d'un élément est grande, plus il s'éloigne lentement, même si sa température est comparable à un élément plus léger! Cela découle en grande partie de cela, notamment du fait que les ions lourds ont plus d'inertie et qu'il leur est plus difficile de modifier la dynamique. Ainsi, ces ions lourds qui se déplacent lentement se déplaceront très différemment des ions rapides et légers. De plus, cette position sera maintenue à différentes températures!
Le deuxième facteur très important qui facilite la séparation des ions est l'énorme différence de taille et, par conséquent, de sections efficaces entre les ions positifs et négatifs.
Bien sûr, différents éléments ont des tailles différentes. Mais les ions se comportent plus radicalement. Voyons comment exactement.
Habituellement, les ions chargés négativement sont énormes, et les ions chargés positivement sont minuscules! Pourquoi? Si vous placez plus d'électrons dans un atome, ils se repousseront mutuellement et le noyau (qui aura moins de protons que d'électrons) ne pourra pas contenir d'électrons dans un tel espace inhérent à un atome neutre, donc l'atome grandit. D'un autre côté, pour obtenir un ion chargé positivement, vous devez éliminer les électrons de l'atome, et le noyau (dans lequel il y a plus de protons que d'électrons) retient les électrons de manière plus compacte!
Cela signifie que la section efficace des ions négatifs sera plus grande que la section efficace des ions positifs et, par conséquent, ils se comporteront complètement différemment.
Si vous combinez tous ces faits: des ions de masses différentes, se déplaçant avec des vitesses moyennes différentes et ayant différentes sections dans un milieu avec un gradient de température - et voici la séparation des ions! Et qu'obtenons-nous en conséquence?
Foudre volcanique! Toutes les photos sont prises au Chili, en juin 2011. Ce sont l'une des photographies les plus récentes et les plus belles de la foudre volcanique. Profitez-en!
En bonus sur Google+, vous pouvez
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