Bersenang-senang seperti kilatan petir yang merobek awan hitam, dan berkilau hanya sesaat; kelincahan bersinar seperti hari, dan mengisi jiwa dengan ketenangan yang kuat dan konstan "
- Joseph Addison , Penonton
Salah satu fenomena paling mencolok yang terjadi di atmosfer kita adalah kilat. Dalam video tersebut, Anda dapat melihat dalam gerak lambat bagaimana, dalam satu pukulan antara awan dan permukaan bumi, pertukaran elektron terjadi dalam jumlah sekitar 100.000.000.000.000.000.000.000.000.000.
Bagaimana ini bisa terjadi?
Ingatlah bahwa setiap atom di alam semesta - termasuk atom di atmosfer kita - terdiri dari inti bermuatan positif dan sekelompok elektron bermuatan negatif. Biasanya kami menganggap atom netral di mana jumlah elektron sesuai dengan jumlah proton di setiap nukleus, tetapi ini tidak selalu terjadi.
Cukup sering, sebuah atom lebih disukai untuk diionisasi, yaitu, mengambil atau kehilangan elektron. Terkadang contoh beberapa ion adalah sesuatu seperti garam meja.
Jika Anda dapat memisahkan ion-ion ini, Anda akan membuat pemisahan muatan, yang akan menyebabkan munculnya tegangan. Ketika tegangan, juga dikenal sebagai
perbedaan dalam potensi listrik , antara dua bagian menjadi terlalu besar - bahkan jika hanya ada udara di antara mereka - itu
secara spontan menjadi sebuah konduktor , dan Anda melihat kilat, yang merupakan pertukaran biaya yang cepat!
Anda tahu petir yang menempuh jarak yang sangat jauh ketika muatannya ditransfer dari awan badai ke permukaan bumi. Tetapi, seperti yang terjadi dengan letusan gunung berapi Eyjafjädlajökull, seringkali letusan gunung berapi juga menyebabkan munculnya kilat, yang disebut
badai petir yang kotor atau kilat gunung berapi.
Selama bertahun-tahun, beberapa foto menakjubkan dari kilat vulkanik telah dikumpulkan. Favorit saya, mungkin, akan menjadi foto dari letusan Eyyafyadlayyokyudlya yang diambil dari helikopter.
Secara historis, sangat sulit untuk mengabadikan saat-saat petir vulkanik, tetapi kami masih berhasil mengambil foto seperti itu berkali-kali untuk gunung berapi yang berbeda.
Sebagai contoh, berikut adalah foto-foto gunung berapi Chaiten Chili yang diambil selama letusannya pada tahun 2008 - yang pertama dalam 9.000 tahun!
Sangat aktif dalam sejarah baru-baru ini, gunung berapi Jepang
Sakurajima , yang telah meletus hampir terus menerus sejak 1955. Pada tahun 1960, sebuah
observatorium vulkanik didirikan untuk mengamatinya, dan menyaksikan penampakan petir yang berulang, termasuk pada tahun 1988.
Bahkan kilat ditangkap di film selama
letusan Vesuvius pada tahun 1944 !
Saya ingin memberi tahu secara rinci bagaimana kilat vulkanik bekerja, tetapi, terus terang, kita tidak tahu ini 100%. Masalah ini masih sedang
dipelajari secara aktif .
Tetapi sebagai seorang ahli fisika teoretis, saya bisa menjelaskan kepada Anda gambaran umum tentang apa yang sebenarnya terjadi dengan probabilitas tinggi.
Langkah 1 - sebagian besar atom bersifat netral. Tetapi di hadapan sejumlah besar energi bebas, tidak ada masalah dalam merobohkan elektron dari beberapa atom yang berpegang pada mereka sangat sedikit. Pada saat yang sama, elektron-elektron ini akan ditangkap oleh atom-atom lain yang terkena dampak (langkah 2).
Tidak ada masalah dengan bagian ini - kita berbicara tentang gunung berapi!
Yasur - gunung berapi aktif di pulau Tanna (Vanuatu), 2010Pada suhu urutan 1500 K benar-benar tidak akan ada kekurangan energi untuk melumpuhkan elektron dari beberapa atom. Elektron yang terputus akan mengambil atom lain, yang akan menghasilkan sejumlah besar ion positif dan negatif.
Kunci dan momen yang penting adalah pemisahan muatan negatif dan positif (langkah 3). Anda perlu memisahkan banyak ion, dan memisahkannya pada jarak yang cukup besar untuk mencapai perbedaan potensial yang dapat menyebabkan petir (langkah 4). Jika kita bisa melakukan ini, kita bisa membuat kilat gunung berapi.
Bagaimana cara memisahkan biaya ini? Ingatlah bahwa kita memiliki banyak atom terionisasi, baik bermuatan positif maupun negatif, dalam media yang panas dan bergejolak. Berbagai elemen muncul di dalamnya, muncul dari perut bumi.
Dapat segera dicatat bahwa unsur-unsur ini berbeda satu sama lain baik dalam massa maupun jari-jari. Semua dari mereka harus memiliki suhu tinggi, dan setelah mereka melarikan diri dari mulut gunung berapi, suhu mereka akan turun. Dan ini sangat penting untuk kecepatan atom / ion yang dimaksud.
Rata-rata, atom dan ion yang terbang keluar dari gunung berapi mula-mula bergerak lebih cepat, lalu mendingin dan mulai bergerak lebih lambat.
Ini sendiri tidak berarti banyak, tetapi dua faktor penting ikut bermain yang memfasilitasi pemisahan ion bermuatan positif dan negatif. Pertama, ion-ion ini memiliki massa yang sangat berbeda!
Semakin besar massa atom suatu unsur, semakin lambat ia bergerak menjauh, bahkan jika suhunya sebanding dengan unsur yang lebih ringan! Banyak dari ini mengikuti dari ini, termasuk fakta bahwa ion berat memiliki lebih banyak inersia dan lebih sulit bagi mereka untuk mengubah momentum. Jadi ion berat yang bergerak lambat ini akan bergerak sangat berbeda dari ion cepat dan ringan. Selain itu, posisi ini akan dipertahankan pada suhu yang berbeda!
Faktor kedua yang sangat penting yang memfasilitasi pemisahan ion adalah perbedaan besar dalam ukuran, dan, oleh karena itu, dalam lintas bagian antara ion positif dan negatif.
Tentu saja, elemen yang berbeda memiliki ukuran yang berbeda pula. Tetapi ion berperilaku lebih radikal. Mari kita lihat bagaimana tepatnya.
Biasanya ion bermuatan negatif besar, dan ion bermuatan positif kecil! Mengapa Jika Anda menempatkan lebih banyak elektron dalam atom, mereka akan saling tolak, dan nukleus (yang akan memiliki lebih sedikit proton daripada elektron) tidak akan dapat menahan elektron di ruang yang melekat pada atom netral, sehingga atom tumbuh dalam ukuran. Di sisi lain, untuk mendapatkan ion bermuatan positif, Anda perlu merobohkan elektron dari atom, dan inti (di mana ada lebih banyak proton daripada elektron) memegang elektron lebih kompak!
Ini berarti bahwa penampang ion negatif akan lebih besar dari penampang ion positif, dan oleh karena itu, mereka akan berperilaku sangat berbeda.
Jika Anda menggabungkan semua fakta ini: ion dari massa yang berbeda, bergerak dengan kecepatan rata-rata yang berbeda dan memiliki bagian yang berbeda dalam media dengan gradien suhu - dan inilah pemisahan ion! Dan apa yang kita dapatkan sebagai hasilnya?
Petir vulkanik! Semua foto diambil lebih lanjut di Chili, pada Juni 2011. Ini adalah salah satu foto terbaru dari kilat vulkanik. Selamat menikmati!
Sebagai bonus di Google+, Anda dapat
melihat seluruh album foto gunung berapi dan kilat vulkanik!