Одним из редчайших природных явлений является «грязная гроза». Особую зловещесть ей придает тот факт, что частенько она сопутствует извержению вулканов.

Что такое гроза? Это атмосферное явление, для которого характерны молнии (электрические разряды). Но в природе ещё существует грязная гроза или, как её ещё называют, вулканическая молния. Она тоже представляет собой электрический разряд, но только вызванный извержением вулкана. При этом погодные условия вокруг извергающегося жерла могут быть абсолютно любыми. То есть данный вид молнии никак не связан с состоянием атмосферы и происходит независимо от метеорологических взаимодействий.

Первое упоминание о вулканической молнии приписывают Плинию Младшему, описавшему извержение Везувия в 79 году. На тот момент Плинию было 18 лет, он жил в Риме, и неизвестно, являлся ли молодой человек очевидцем извержения или узнал о нём со слов других людей. Но в своём описании он упомянул молнии, которые сопровождали буйство Везувия.

А вот первые исследования данного явления были сделаны профессором Пальмьери, который из обсерватории Везувия наблюдал неудержимые буйства вулкана в 1858, 1861, 1868 и 1872 годах. При этом три извержения сопровождалась молниями. И как же наука объясняет грязные грозы, почему при извержениях наблюдаются электрические разряды?

Их источниками являются пепел, осколки скал, другие выбросы, генерирующие статическое электричество в вулканическом шлейфе. Следует заметить, что вулканические молнии случаются довольно часто. В одном исследовании было указано, что до 35% всех извержений сопровождаются молниями, что предполагает одно извержение в год на вулкан. Также говорилось, что данное явление наблюдалось у 80 различных вулканов в 212 извержениях.

Теперь давайте рассмотрим те зарядные механизмы, благодаря которым и возникает грязная гроза. Основой здесь является трибоэлектрический эффект. При нём после контакта некоторых материалов они становятся электрически заряженными. К примеру, если стекло растереть мехом, то это приведёт к образованию трибоэлектричества.

То же самое происходит и в вулкане во время его извержения. Когда фрагменты породы, пепел, частицы льда сталкиваются в вулканическом шлейфе, то производят статические заряды. Конвективная активность, вызывающая повышение шлейфа, разрывает различные области заряда. Это приводит к электрическому пробою, результатом которого и становится вулканическая молния.

Также внутри выброшенных пород могут находиться радиоизотопы. Это подтверждает исследование частиц золы. Специалисты утверждают, что во многих случаях она обладает естественной радиоактивностью, которая выше фонового уровня. Поэтому не исключена самозарядка вулканического пепла. Наибольший потенциал он имеет вблизи жерла, так как там частицы имеют большие размеры. Поэтому радиоизотопы тоже могут спровоцировать мощный электрический разряд.

Не нужно забывать и про воду. При извержении вулкана она выделяется в большом количестве в виде пара. Одно исследование доказало, что содержание воды в вулканических выбросах превышает содержание воды в атмосферных грозах. То есть должен существовать порог концентрации воды, и если он превышен, то возникает молния. Специалисты уже давно обратили внимание на тот факт, что грязные грозы чаще наблюдаются в зимний период, чем в летний.

Высота вулканического шлейфа тоже может быть связана с механизмом, генерирующим молнии. Так при высоте пепла 7-12 км наблюдается большая концентрация водяного пара, что может способствовать возникновению электрических разрядов. А когда высота пепла достигает 1-4 км, то электрический заряд образуется в результате фрагментации горных пород у выхода из жерла.

Нельзя сбрасывать со счетов и температуру окружающей среды. При более низких температурах внутри шлейфа образуется большое количество льда, что является причиной большей электрической активности.

Побочным продуктом грязной грозы могут быть вулканические шарики. Образуются эти маленькие стеклообразные образования при высокотемпературных процессах. Таковым может быть удар молнии от облаков к земле. Грязная молния имеет температуру вспышки 30 тыс. градусов по Цельсию.

Когда эта мощная электрическая дуга соприкасается с частичками вулканического пепла, то те плавятся, а затем быстро твердеют по мере охлаждения. При этом они принимают шарообразные формы. Наличие таких сфер доказывает существование молний даже тогда, когда они не наблюдаются зрительно.

Вулканические молнии с завидным постоянством фиксируются на планете. Их часто фотографируют, и подобные снимки хорошо известны общественности. Так есть прекрасные фотографии, касающиеся вулкана Чайтен в Чили. Также попали на плёнку красочные явления над вулканом Августина на Аляске, над исландским вулканом Эйяфьятлайокудль, над Этной на Сицилии. Молнии являются неотъемлемой частью извержений, так же как и обычные молнии во время грозы.

В 2015 году чилийский кинематограф Кристиан Муньос-Досо запечатлел, как сверкают грозные молнии над одним из самых опасных вулканов, Кальбуко. Это необычное и пугающее зрелище – уж точно не для слабонервных.

Термин «грязная гроза» не совсем точен. Более правильное название – вулканическая молния. Во время извержения из жерла вулкана поднимается огромное пепельное облако. В этом облаке и образуются странные электрические заряды – молнии.

По мнению ученых, генерирование электрических зарядов происходит во время сталкивания в вулканическом шлейфе ледяных частиц, золы и обломков пород.

Доктор М.Уман, директор университета Флориды по исследованию молний, полагает, что извержение вулкана способствует высвобождению огромного количества воды. Она также становится отличным топливом во время «грязных гроз».

Став свидетелем уникального и жуткого природного явления, доктор Уман писал следующее: «Самым необычным и страшным было свободное хождение шлейфа по ветру. Создавалось впечатление, что он живет своей жизнью, что он – разумное существо. Знаете, как в научно-фантастических романах… Всего им было произведено около трехсот электрических зарядов».

Извержение вулкана страшно само по себе. Но когда оно сопровождается появлением из жерла горы столпа черного дыма, в котором пляшут молнии – здесь способен занервничать даже самый безбашенный любитель острых ощущений.

Грязные грозы наблюдались со времен глубокой древности. Первым подтвержденным случаем считается появление вулканической молнии во время извержения печально известного Везувия, который погубил Помпеи.

Вулканические молнии – явление достаточно редкое. По неподтвержденным данным, они возникают во время активности самых агрессивных и непредсказуемых вулканов. Жители Чили и Японии знают об этом лучше, чем кто бы то ни было.

В апреле 2015 года Кальбуко пробудился и начал извержение. По словам экспертов, высота столба пепла, который выбросил вулкан, составляла примерно 10000 км. Очевидцы, содрогаясь, вспоминают о том, как в огромном пыльном облаке угрожающе сверкали молнии.

К счастью, власти Чили были готовы. До 5000 человек были эвакуированы, никто не пострадал. Страх эвакуируемых перед необычным явлением создавал некоторое затруднение – люди впадали в ступор, а некоторые – в религиозный экстаз.

А вот в 1961 году наблюдалась принципиально иная картина – тогда вулкан считался спящим. Увы, это привело к человеческим жертвам.

23 января 2013 года произошло очередной извержение вулкана Сакурадзима. Этот действующий стратовулкан относится к наиболее опасным и агрессивным. С 1955 года он извергается практически постоянно. Небольшие взрывы случаются ежегодно. Грязные грозы во время извержений этого вулкана тоже наблюдаются постоянно. Известный фотограф М.Райце был свидетелем последнего извержения Сакурадзимы. Ему удалось занять молнию, которая образовалась внутри вулканического шлейфа. Этот снимок облетел весь мир. По словам фотографа, было невероятно страшно.

Вулканические молнии «по заказу» не возникают. Все страшно-красивые фото и видео, на которых запечатлено это уникальное явление, были сделаны случайно. Поэтому не стоит посещать активные вулканы только ради того, чтобы увидеть грязную грозу своими глазами.

Насколько известно, к возникновению молний над извергающимся вулканом приводят как сейсмологические процессы, так и процессы, идущие в облаках при обычных грозах. Электрические заряды могут возникать за счёт пьезоэлектрических, трибоэлектрических и подобных явлений при разломах и подвижках горных пластов, сопровождающих извержение. Возникают заряды и при трении между частицами пепла, вылетающими из жерла вулкана.

При обычных грозах разница потенциалов, разряжающаяся затем в молнии, возникает потому, что более тяжёлые капельки или льдинки из-за своего веса скапливаются в нижних слоях грозового облака, а мелкие, лёгкие поднимаются восходящими потоками воздуха в верхнюю часть. Они накапливают противоположные заряды, которые после определённой величины напряжения пробивают слой воздуха. Сумма этих пока не до конца изученных «земных» и «небесных» явлений и вызывает молнию над извергающимся вулканом.

Молнии возникают чаще, если вулканическое облако над кратером достигает высоты более семи километров. Частота этого явления зависит также от содержания воды в магме. Пока магма находится под высоким давлением, вода не выкипает, несмотря на высокую температуру, но, как только магма вырывается из жерла вулкана, вода превращается в пар и вносит свой вклад в образование грозовой тучи.

При извержении вулкана Огастин на одноимённом островке, прилегающем к Аляске, в 2006 году учёные заметили, что разряды молний возникали в две фазы: сразу с началом извержения – электризация шла за счёт геофизических процессов; и во второй приём, через 4-12 минут после начала извержения, за счёт процессов в атмосфере. Всего насчитали около 300 разрядов.

Наиболее известные из вулканических молний наблюдались при извержениях вулканов Галунггунг (Индонезия, 1982 год), Пинатубо (Филиппины, 1991 год), Ринджани (Индонезия, 1994 год), Августин (США, 2006 год), Чайтен (Чили, 2008 год), Килауэа (США, 2008 год), Редаут (США, 2009 год), Мерапи (Индонезия, 2010 год), Эйяфьядлайёкюдль (Исландия, 2010 год), Симмоэ (Япония, 2011 год), Сакурадзима (Япония, 2015 год), Кальбуко (Чили, 2015 год).

Вулканические молнии бывают разных видов, включая шаровые, линейные, зарницы, или их всевозможные комбинации, как это было во время извержения вулкана Сент-Хеленс в 1980 году, когда несколько человек стали свидетелями удивительных вспышек на высоте почти 25 километров от вулкана.

Это одно из самых интригующих явлений со стороны человека. А в том, что это происходит во время извержения вулкана и для его появления нужны особые условия. Когда они появляются, вулканическая молния представляет собой впечатляющее зрелище, достойное фотографирования.

Вулканическая молния – это электрический разряд, вызванный извержением вулкана. Пепел и пирокластика, выбрасываемые вулканом, нейтральны, т. е. у них нет электрического заряда, поэтому они не могут генерировать молнии сами по себе. Однако трение между вулканическими материалами во враждебных средах может привести к высвобождению ионов в вулканической колонне, производя эти впечатляющие явления. Разделение положительных и отрицательных зарядов создает большую разность потенциалов, которая вызывает разряд.

Но присутствуют ли они во всех типах вулканов? Ответ – нет. Чтобы произвести вулканическую молнию, извергающийся вулкан должен иметь те же взрывные свойства и размер шлейфа, что и Ла-Пальма. И дело в том, что, хотя вначале Канарский вулкан представлял извержение стромболианского типа, которое, помимо прочего, не было очень сильным, пики активности, зарегистрированные в определенные моменты времени, позволили сформироваться этим лучам.

Исследование, опубликованное в журнале Science, предполагает, что электрический заряд вулкана возникает, когда обломки горных пород, пепла и частицы льда сталкиваются в столбе вулканических колонн. В то время статические заряды создавались так же, как молния создается при обычной грозе, за исключением того, что в этих случаях она создавалась только при столкновении частиц льда. Извержения вулканов также высвобождают большое количество воды, что помогает питать создание этих гроз.

В настоящее время обзор, опубликованный в 2008 г. в Бюллетене вулканологии показывает, что от 27% до 35% извержений вулканов сопровождаются этими вспышками. (Рэй). Впечатляющие грязные бури были сфотографированы по всему миру, включая гору Чайтен в Чили, Колиму в Мексике, гору Августин на Аляске, а также гору Эйяфьятлайокудль в Исландии и гору Этна на Сицилии в Европе.

Трение между частицами града и каплями воды, расположенными в верхней части кучево-дождевого облака (грозового облака) вызывает ионизацию воздуха и накопление значительной разности потенциалов между одними частями облака и другими. В конечном итоге это вызывает молнии внутри облаков, а также молнии, которые достигают других облаков или разряжаются на землю.

В случае вулканической молнии условия в облаке пепла должны быть аналогичны условиям внутри грозового облака. Пепел и пирокласты, выбрасываемые вулканами, изначально нейтральны (отсутствие электрического заряда), но трение между ними в определенно жесткой среде (горение) может вызвать выделение ионов в вулканическом шлейфе. Вулканическая молния возникает только тогда, когда это происходит, то есть когда в вулканическом облаке есть разность зарядов.

Важным последствием этих электрических бурь является то, что они влияют на связь: молния может нарушить работу авиации и негативно повлиять на нее. Кроме того, страдает радиосвязь в воздухе и в близлежащих аэропортах. Исследование, проведенное Стивеном Р. Макнаттом и Эрлом Р. Уильямсом из Института геофизики Аляски и Массачусетского технологического института соответственно, подтверждает, что «Молнии и электризация в вулканах важны, потому что они сами представляют опасность, они являются вулканическими компонентами глобальной окружающей среды». цепи, так как они способствуют агрегации частиц и изменению зольного столба.

Извергающиеся вулканы могут вызвать великие явления. В исследовании, опубликованном в Scientific Reports Эндрю Пата, исследователем с докторской степенью в Национальном суперкомпьютерном центре в Барселоне, описывается, как испарение морской воды из индонезийского вулкана Анак Кракатау вызвало вулканический шторм, который длился шесть дней и вызвал вулканический шторм между 22-м и и 2-й из более чем 100.000 XNUMX лучей. Поэтому некоторые извержения вулканов также позволяют наблюдать за образованием и эволюцией крупномасштабных электрических разрядов в атмосфере.

Вулканические молнии – явления достаточно распространённые, но до сих пор малоизученные. Зафиксировать вспышку на фотоплёнку крайне сложно. Разряд длится 30 микросекунд или 0,00003 секунды. Поймать этот момент даже с самой высокой скоростью фиксирования кадра можно только если очень повезёт.

Чтобы изучить тонкости природного феномена, его необходимо наблюдать вблизи, т. е. располагаться недалеко от извергающегося вулкана. Чаще всего подобные молнии возникают над стратовулканами – вулканами особого взрывного поведения (извержения происходят в виде серий мощных взрывов с выбросом газа, пепла, вулканических бомб и раскалённой лавы на сотни метров вверх). Этот факт значительно усложняет исследование. Тем не менее, кое-что выяснить удалось.

Как известно из курса физики средней школы, электрические разряды происходят в результате трения поверхностей с противоположными зарядами. По такому принципу образуется молния в обычном грозовом облаке. Присутствующие более крупные частицы опускаются на нижний уровень облака, более мелкие поднимаются к его верхним границам. Заряды у них будут противоположными. Чем больше разность потенциалов, тем мощнее вспышка.

Аналогично в результате трения возникает молния и над извергающимися вулканами. Частицы пепла при трении создают мощное электрическое поле. Но одного пепла недостаточно, нужны вулканические газы и вода. Пока магма находится в земле, влага не испаряется, процесс начинается, когда содержимое раскаленных недр вырывается на поверхность. Частицы пепла при трении накапливают отрицательный заряд, вулканические газы, насыщенные водяными парами, – положительный. Чем меньше размер участвующих частиц, тем больше будет вспышек. Вулканические молнии чаще возникают, если облаку над кратером удаётся достигнуть высоты 7 км.

Учёные выяснили, что электрические заряды могут возникать не только при трениях частиц золы, но и, например, в процессе подвижек земной коры, которые всегда сопровождают извержения. В результате наблюдения за извержением вулкана на Аляске в 2006 году было зафиксировано двухфазное возникновение разрядов молний. Первая фаза произошла за счет заряда, накопившегося под воздействием внутренних геофизических процессов, а спустя несколько минут последовала серия молний, которая сформировалась в результате накопления заряда уже за счет атмосферных процессов.

Чаще всего молнии наблюдаются над вулканами, расположенными на Филиппинах, в Индонезии, в Чили, США, в Исландии, на островах Японского архипелага.

Учёные достаточно чётко смогли объяснить, почему при извержении вулкана появляются молнии. Однако явление по-прежнему считается недостаточно изученным, поскольку данных полевых экспедиций для ответов на все вопросы, всё ещё недостаточно.