Para ilmuwan telah lama terpesona dengan tampilan listrik yang dahsyat yang menyertai letusan gunung berapi besar. Selama letusan Hunga Tonga-Hunga Ha’apai tahun 2022, skala fenomena ini sangat mencengangkan: satu letusan menghasilkan lebih dari 2.600 kilatan petir per menit, dengan aktivitas listrik mencapai ketinggian 31 kilometer (19 mil) di atas permukaan laut.
Meskipun pertunjukan “petir vulkanik” ini secara visual menakjubkan, secara historis pertunjukan tersebut menyajikan teka-teki ilmiah yang signifikan mengenai bagaimana listrik dihasilkan di lingkungan seperti itu.
Misteri Pengisian Plume
Untuk memahami mengapa penemuan ini penting, pertama-tama kita harus melihat cara kerja petir standar. Dalam badai petir pada umumnya, muatan listrik dihasilkan melalui tumbukan antara berbagai jenis partikel:
– Kristal es naik saat arus naik dan menerima muatan positif.
– Graupel (hujan es lembut) jatuh dan mengambil muatan negatif.
Pemisahan muatan-muatan yang berlawanan ini menciptakan tegangan listrik yang akhirnya keluar sebagai petir.
Namun, bulu vulkanik pada dasarnya berbeda. Alih-alih es dan hujan es, mereka terdiri dari abu kering dan pecahan batu. Karena partikel-partikel ini sering kali terbuat dari bahan batuan yang sama, para ilmuwan kesulitan menjelaskan bagaimana tumbukan di antara partikel-partikel tersebut dapat mengakibatkan pemisahan muatan positif dan negatif. Dalam keadaan normal, partikel-partikel dengan komposisi yang sama tidak boleh mentransfer muatan listrik yang signifikan satu sama lain.
Terobosan: Peran Karbon
Penelitian baru yang diterbitkan dalam jurnal Nature oleh Institut Sains dan Teknologi Austria akhirnya mengidentifikasi mata rantai yang hilang. Rahasianya bukan terletak pada batuan vulkanik itu sendiri, namun pada lapisan mikroskopis molekul kaya karbon yang melapisi partikelnya.
Temuan para peneliti mengungkapkan perbedaan penting:
– Silika Murni: Saat para ilmuwan menguji partikel silika yang benar-benar bersih, mereka menunjukkan sedikit atau tidak ada kecenderungan untuk mengambil muatan saat terjadi tumbukan.
– Silika Berlapis Karbon: Saat terdapat lapisan tipis karbon, partikel mulai mentransfer muatan secara efektif selama tumbukan.
“Kontaminasi” ini bukanlah suatu kebetulan. Panas yang hebat dari letusan gunung berapi cukup untuk bereaksi dengan molekul yang mengandung karbon yang ada di udara sekitar, sehingga secara efektif “melukis” partikel abu dengan lapisan karbon yang tipis dan konduktif.
Mengapa Ini Penting
Penemuan ini menjembatani kesenjangan antara meteorologi dan vulkanologi. Hal ini menjelaskan bagaimana termodinamika unik dari suatu letusan—khususnya panas ekstrem dan aliran udara ke atas yang kuat—menciptakan laboratorium yang sempurna untuk pengisian listrik.
Panas menghasilkan lapisan karbon, sementara aliran udara ke atas mendorong tumbukan berkecepatan tinggi yang diperlukan untuk memisahkan muatan-muatan tersebut. Mekanisme ini mengubah segumpal puing kering menjadi mesin besar yang aktif secara elektrik yang mampu menghasilkan sambaran petir paling dahsyat di Bumi.
Dengan mengidentifikasi “perekat” kimia yang memungkinkan abu berperilaku seperti kristal es, para ilmuwan kini dapat memodelkan dengan lebih baik perilaku kelistrikan bulu-bulu vulkanik dan potensi risiko yang ditimbulkannya terhadap penerbangan dan lingkungan setempat.
Kesimpulan
Kehadiran lapisan karbon pada abu vulkanik menjelaskan betapa keringnya pecahan batuan
