Relâmpago vulcânico incrível

Divertido como um relâmpago que rasga nuvens negras e brilha apenas por um momento; a vivacidade brilha como o dia e enche a alma com uma serenidade forte e constante "
- Joseph Addison , O Espectador

Um dos fenômenos mais marcantes que ocorrem em nossa atmosfera é o raio. No vídeo, você pode ver em câmera lenta como, em um golpe entre as nuvens e a superfície da Terra, ocorre uma troca de elétrons em uma quantidade de cerca de 100.000.000.000.000.000.000.



Como isso acontece?

Lembre-se de que todo átomo no universo - incluindo átomos em nossa atmosfera - consiste em um núcleo carregado positivamente e um monte de elétrons carregados negativamente. Geralmente consideramos átomos neutros nos quais o número de elétrons corresponde ao número de prótons em cada núcleo, mas esse nem sempre é o caso.



Muitas vezes, um átomo é energeticamente preferível para se ionizar, ou seja, pegar ou perder o (s) elétron (s). Às vezes, um exemplo de vários íons é algo como sal de mesa.

Se você puder separar esses íons, criará uma separação de cargas, o que levará ao aparecimento de tensão. Quando a tensão, também conhecida como diferença de potencial elétrico , entre duas seções se torna muito grande - mesmo que exista apenas ar entre elas - ela se torna espontaneamente um condutor e você vê um raio, que é uma troca rápida de cargas!



Você conhece o raio que percorre uma grande distância quando a carga é transferida das nuvens de tempestade para a própria superfície da Terra. Mas, como aconteceu com a erupção do vulcão Eyjafjädlajökull, muitas vezes as erupções vulcânicas também levam ao aparecimento de raios, chamados tempestades sujas ou raios vulcânicos.



Ao longo dos anos, várias fotografias impressionantes de raios vulcânicos foram coletadas. O meu favorito, talvez, será uma foto da erupção de Eyyafyadlayyokyudlya, tirada de um helicóptero.





Historicamente, era muito difícil capturar os momentos dos raios vulcânicos, mas ainda assim conseguimos tirar essas fotos muitas vezes para diferentes vulcões.

Por exemplo, aqui estão fotos do vulcão chileno Chaiten, tiradas durante sua erupção em 2008 - a primeira em 9.000 anos!



Incrivelmente ativo na história recente, o vulcão japonês Sakurajima , que entra em erupção quase continuamente desde 1955. Em 1960, um observatório vulcânico foi fundado para observá-lo e testemunhou o aparecimento repetido de raios, inclusive em 1988.



Até relâmpagos foram capturados em filme durante a erupção do Vesúvio em 1944 !



Eu gostaria de contar em detalhes como o raio vulcânico funciona, mas, francamente, não sabemos isso 100%. Esse problema ainda está sendo estudado ativamente .

Mas como físico teórico, posso muito bem delinear para você a imagem geral do que exatamente acontece com uma alta probabilidade.



Etapa 1 - a maioria dos átomos é neutra. Mas na presença de grandes volumes de energia livre, não há problema em eliminar os elétrons de alguns átomos que os retêm muito pouco. Ao mesmo tempo, esses elétrons serão capturados por outros átomos afetados (etapa 2).

Não há problemas com esta parte - estamos falando de um vulcão!


Yasur - um vulcão ativo na ilha de Tanna (Vanuatu), 2010

Em temperaturas da ordem de 1500 K, realmente não haverá falta de energia para derrubar os elétrons de alguns átomos. Elétrons nocauteados capturam outros átomos, o que cria um grande número de íons positivos e negativos.



O momento chave e necessário é a separação de cargas negativas e positivas (etapa 3). Você precisa separar muitos íons e separá-los a uma distância suficientemente grande para alcançar uma diferença potencial que pode causar raios (etapa 4). Se pudermos fazer isso, podemos criar raios vulcânicos.

Como separamos essas cobranças? Lembre-se de que temos um monte de átomos ionizados, com carga positiva e negativa, em um meio quente e turbulento. Vários elementos aparecem nele, saindo das entranhas da terra.



Pode-se notar imediatamente que esses elementos diferem entre si em massa e em raio. Todos eles devem ter uma temperatura alta e, depois de terem escapado da foz do vulcão, a temperatura deve cair. E isso é muito importante para as velocidades dos átomos / íons em questão.



Em média, átomos e íons que voam de um vulcão primeiro se movem mais rápido e depois esfriam e começam a se mover mais devagar.

Isso por si só não significa muito, mas dois fatores importantes entram em jogo que facilitam a separação de íons carregados positiva e negativamente. Em primeiro lugar, esses íons são muito diferentes em massa!



Quanto maior a massa atômica de um elemento, mais lento ele se afasta, mesmo que sua temperatura seja comparável a um elemento mais leve! Muito disso decorre disso, incluindo o fato de que os íons pesados ​​têm mais inércia e é mais difícil para eles mudar o momento. Portanto, esses íons pesados ​​que se movem lentamente se moverão de maneira bem diferente dos íons rápidos e leves. Além disso, esta posição será mantida em diferentes temperaturas!



O segundo fator muito importante que facilita a separação dos íons é a enorme diferença de tamanho e, portanto, nas seções transversais entre os íons positivos e negativos.

Obviamente, elementos diferentes têm tamanhos diferentes. Mas os íons se comportam de maneira mais radical. Vamos ver exatamente.



Geralmente, os íons carregados negativamente são enormes, e os carregados positivamente são pequenos! Porque Se você colocar mais elétrons em um átomo, eles se repelirão, e o núcleo (que possui menos prótons do que elétrons) não será capaz de reter os elétrons em um espaço inerente a um átomo neutro, de modo que o átomo cresce de tamanho. Por outro lado, para obter um íon carregado positivamente, você precisa eliminar os elétrons do átomo, e o núcleo (no qual há mais prótons do que elétrons) mantém os elétrons de forma mais compacta!

Isso significa que a seção transversal de íons negativos será maior que a seção transversal de íons positivos e, portanto, eles se comportarão de maneira completamente diferente.

Se você combinar todos esses fatos: íons de massas diferentes, movendo-se com velocidades médias diferentes e tendo seções diferentes em um meio com um gradiente de temperatura - e aqui está a separação dos íons! E o que obtemos como resultado?



Raios vulcânicos! Todas as fotos são ainda tiradas no Chile, em junho de 2011. Estas são uma das fotografias mais recentes e mais bonitas de raios vulcânicos. Aproveite!











Como bônus no Google+, você pode ver o álbum inteiro de fotos de vulcões e raios vulcânicos!