Gli scienziati sono da tempo affascinati dalle violente manifestazioni elettriche che accompagnano le grandi eruzioni vulcaniche. Durante l’eruzione dell’Hunga Tonga-Hunga Ha’apai del 2022, la portata di questo fenomeno era sconcertante: una singola eruzione ha prodotto più di 2.600 fulmini al minuto, con un’attività elettrica che ha raggiunto altezze di 31 chilometri (19 miglia) sopra il livello del mare.
Sebbene questi spettacoli di “fulmini vulcanici” siano visivamente mozzafiato, storicamente hanno presentato un significativo enigma scientifico su come viene generata l’elettricità in un tale ambiente.
Il mistero del pennacchio che carica
Per capire perché questa scoperta è importante, bisogna prima guardare come funzionano i fulmini standard. In un tipico temporale, le cariche elettriche vengono generate attraverso collisioni tra diversi tipi di particelle:
– I Cristalli di ghiaccio si alzano con le correnti ascensionali e raccolgono una carica positiva.
– Graupel (grandine debole) cade e raccoglie una carica negativa.
La separazione di queste cariche opposte crea la tensione elettrica che alla fine si scarica come un fulmine.
Tuttavia, i pennacchi vulcanici sono fondamentalmente diversi. Invece di ghiaccio e grandine, sono costituiti da cenere secca e frammenti di roccia. Poiché queste particelle sono spesso costituite dallo stesso materiale roccioso, gli scienziati hanno faticato a spiegare come le collisioni tra loro possano provocare la separazione delle cariche positive e negative. In circostanze normali, particelle della stessa composizione non dovrebbero trasferire tra loro cariche elettriche significative.
La svolta: il ruolo del carbonio
Una nuova ricerca pubblicata sulla rivista Nature dall’Istituto di Scienza e Tecnologia Austria ha finalmente individuato l’anello mancante. Il segreto non è nella roccia vulcanica stessa, ma in uno strato microscopico di molecole ricche di carbonio che riveste le particelle.
I risultati dei ricercatori rivelano una distinzione fondamentale:
– Silice pura: quando gli scienziati hanno testato particelle di silice perfettamente pulite, hanno mostrato una tendenza minima o nulla a raccogliere una carica durante le collisioni.
– Silice rivestita di carbonio: quando era presente un sottile strato di carbonio, le particelle iniziavano a trasferire le cariche in modo efficace durante le collisioni.
Questa “contaminazione” non è una coincidenza. Il calore intenso di un’eruzione vulcanica è sufficiente per reagire con le molecole contenenti carbonio presenti nell’aria ambiente, “dipingendo” efficacemente le particelle di cenere con un sottile rivestimento conduttivo di carbonio.
Perché è importante
Questa scoperta colma il divario tra meteorologia e vulcanologia. Spiega come la termodinamica unica di un’eruzione, in particolare il calore estremo e le potenti correnti ascensionali, crei il laboratorio perfetto per la ricarica elettrica.
Il calore fornisce il rivestimento di carbonio, mentre le correnti ascensionali guidano le collisioni ad alta velocità necessarie per separare tali cariche. Questo meccanismo trasforma un pennacchio secco di detriti in un enorme motore elettricamente attivo in grado di produrre i fulmini più intensi sulla Terra.
Identificando la “colla” chimica che consente alla cenere di comportarsi come cristalli di ghiaccio, gli scienziati possono ora modellare meglio il comportamento elettrico dei pennacchi vulcanici e i potenziali rischi che rappresentano per l’aviazione e gli ambienti locali.
Conclusione
La presenza di rivestimenti di carbonio sulla cenere vulcanica spiega come possono farlo i frammenti di roccia secca
