Vědce již dlouho fascinují silné elektrické výboje, které doprovázejí velké sopečné erupce. Během erupce Hunga Tonga Hunga Ha’apai v roce 2022 byl rozsah události ohromující, pouze jedna erupce vyprodukovala více než 2 600 blesků za minutu a elektrická aktivita dosáhla 31 kilometrů nad hladinou moře.
I když jsou tyto „sopečné blesky“ vizuálně vzrušující, již dlouho představují vážnou vědeckou záhadu: Jak přesně se v takovém prostředí vyrábí elektřina?
Záhada nabité smyčky
Abyste pochopili význam tohoto objevu, musíte nejprve pochopit, jak funguje obyčejný blesk. V typickém bouřkovém mraku vznikají elektrické náboje ze srážek mezi různými typy částic:
– Ledové krystaly stoupají vzhůru a získávají kladný náboj.
– Graupel (jemné kroupy) padá dolů a získává záporný náboj.
Oddělením těchto protilehlých nábojů vzniká elektrické napětí, které se nakonec vybije ve formě blesku.
Vulkanické chocholy se však zásadně liší. Místo ledu a krup se skládají z suchého popela a úlomků hornin. Vzhledem k tomu, že tyto částice jsou často vyrobeny ze stejného horninového materiálu, vědci měli problém vysvětlit, jak by srážky mezi nimi mohly vést k oddělení kladných a záporných nábojů. Za normálních podmínek by částice stejného složení neměly mezi sebou přenášet významný elektrický náboj.
Průlom: Role uhlíku
Nová studie publikovaná v časopise Nature Rakouským institutem vědy a technologie konečně identifikovala chybějící článek. Tajemství nespočívá v samotné vulkanické hornině, ale v mikroskopické vrstvě molekul bohatých na uhlík pokrývající částice.
Výsledky výzkumu odhalily zásadní rozdíl:
– Čistý oxid křemičitý: Když vědci testovali dokonale čisté částice oxidu křemičitého, vykazovaly malou tendenci akumulovat náboj při srážce.
– Křemík potažený uhlíkem: S přítomnou tenkou vrstvou uhlíku začaly částice během srážek účinně přenášet náboje.
Toto „znečištění“ není náhodné. Intenzivní teplo sopečné erupce stačí k tomu, aby reagovalo s molekulami obsahujícími uhlík v okolním vzduchu a v podstatě „namalovalo“ částice popela tenkou, vodivou vrstvou uhlíku.
Proč je to důležité?
Tento objev překlenuje propast mezi meteorologií a vulkanologií. Vysvětluje, jak jedinečná termodynamika erupce – jmenovitě extrémní teploty a silné vzestupné proudy – vytváří ideální laboratoř pro akumulaci elektrického náboje.
Teplo poskytuje uhlíkový povlak a vzestupné proudy způsobují vysokorychlostní srážky potřebné k oddělení nábojů. Tento mechanismus promění suchý oblak trosek na masivní, elektricky aktivní „motor“ schopný generovat nejsilnější blesky na Zemi.
Identifikací chemického „lepidla“, které umožňuje, aby se popel choval jako ledové krystaly, mohou nyní vědci přesněji modelovat elektrické chování vulkanických oblaků a potenciální rizika, která představují pro letectví a životní prostředí.
Závěr
Přítomnost usazenin uhlíku na sopečném popelu vysvětluje, jak mohou úlomky suchých hornin…
