火山闪电一个让人大惑不解的现象,它的物理学原理是什么?

火山闪电一个让人大惑不解的现象,它的物理学原理是什么?

在宇宙范围内,地球是我们目前已知的最温柔的星球,有合适的大气,合适的温度,有丰富的水资源,就这样一个诞生生命的摇篮大自然也无时无刻不在上演着各种惊人的破坏力。从飓风到龙卷风,再到雪崩、海啸和地震,自然灾害经常会给整个城市带来威胁。但也许没有什么破坏力能比火山爆发更壮观和更具威胁。

在地幔深处,加热到数千度的液态熔岩在压力的作用下向上移动进入地壳,穿过地壳裂痕或地质薄弱点,喷发到地表并携带大量的烟尘和火山灰。偶尔也会出现壮观的火山闪电

火山闪电一个让人大惑不解的现象,它的物理学原理是什么?

对于雷暴中发生的普通闪电,我们甚至有很多都不了解,更不用说火山闪电了。火山闪电一直是让科学家大惑不解的自然现象之一。

那么,在什么时候火山闪电最有可能发生呢,据我们目前所掌握的,是什么原因造成了火山闪电?

火山闪电最常发生在有大量火山灰羽状云的火山喷发过程中,有火山闪电记录的火山包括冰岛的艾雅法拉火山(Eyjafjallajokull)、日本的樱岛火山(Sakurajima)、智利的普耶韦火山和柴腾火山(Puyehue and Chaiten volcano)。

这一现象不仅在意大利维苏威火山1944年最后一次喷发时被捕捉到(下图),而且在公元79年的那次喷发中也有闪电的记载。当时维苏威火山大喷发埋没了庞贝古城和赫库兰尼姆古城,致使约1.6万人死亡。

火山闪电一个让人大惑不解的现象,它的物理学原理是什么?

每一次闪电都是10^20个电子发生交换,或者更形象一点,我们把0都些出来就是,100,000,000,000,000,000,000个带电粒子。

我们都知道原子电中性的,电子的数量和原子核中质子的数量一样多,但是热量和摩擦力可以使原子非常容易获得或失去电子变成带点离子。

由于火山喷发的温度很高,在能量上很容易让原子发生电离,原子要么得到一个电子,要么失去一个电子(或者两个,或者三个),这是我们根据目前的物理学能想到形成带电粒子最合理最简单的方法。

火山闪电一个让人大惑不解的现象,它的物理学原理是什么?

现在的问题是怎样将这些带电粒子相互分离到不同的区域,那么就能产生电荷分离,从而产生电压。两个区域之间的电压(也称为电位差)变得足够大,就可以击穿空气发生快速的电荷交换,,从而形成闪电。

火山闪电的物理学原理。

火山闪电一个让人大惑不解的现象,它的物理学原理是什么?

Q1、有大量的正负离子。

火山喷发的温度大约是1200℃热量和火山喷发出的各种物质的组合,确保了大量的粒子不是电中性的。电子相对容易被一些分子踢出并被其他分子吸收;还有火山灰颗粒中很多是带正电荷的离子,也有很多是带负电荷的离子。

除了不同的电荷,还有不同的分子(或原子)量,以及不同的物理尺寸(或截面)。这一点非常重要的,因为它对步骤2的发生很关键

火山闪电一个让人大惑不解的现象,它的物理学原理是什么?

Q2、我们必须把负电荷和正电荷分开。

我们知道中性原子的物理尺寸各不相同,带电原子(和分子)的物理尺寸差异更大。不同的原子和分子之间也存在着显著的质量差异,这一点很重要,因为在相同的火山温度下,给较轻的粒子同样的能量意味着它的运动速度更快。最后,还有一个温度梯度,刚出来的粒子的温度比已经在大气中存在一段时间的粒子的温度要高。

火山闪电一个让人大惑不解的现象,它的物理学原理是什么?

不同的温度和质量的组合使得这些离子彼此之间的速度不同。当处在一个动荡的喷发环境中,更小更轻的粒子通常更容易被运送到更远更高的地方,这使得电荷更容易被远距离分离。

Q3当粒子团之间电压差足够大时,就会产生放电现象!这就是火山闪电作用的一般过程。

把这些结合起来:不同的质量和电荷离子在温度梯度环境中以不同的平均速度和不同的截面动,这就是电荷分离的秘诀!当电荷积累越多时就会发生火山闪电。

火山闪电一个让人大惑不解的现象,它的物理学原理是什么?

关于火山爆发时闪电现象是如何发生的,为什么有时也会在没有火山灰云的情况下发生,以及为什么有些火山根本就没有火山灰云,仍有许多问题需要我们继续研究。但是这一基本物理学原理是不容置疑的,火山闪电也给我们带来了壮观自然景象。

火山闪电一个让人大惑不解的现象,它的物理学原理是什么?