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Unsichtbare Stromstöße von Vulkanen signalisieren Eruptionen


Als einer der aktivsten Vulkane Japans glänzt Sakurajima oft mit spektakulären vulkanischen Blitzen vor einem aschegefüllten Himmel. Aber der Vulkan kann auch viel kleinere, unsichtbare Ausbrüche elektrischer Aktivität erzeugen, die Wissenschaftler rätseln und faszinieren.

Jetzt hilft eine Analyse von 97 Explosionen in Sakurajima vom Juni 2015 zu zeigen, wann Eruptionen sichtbare Blitzeinschläge erzeugen und wann sie mysteriöse, unsichtbare Stromstöße erzeugen, berichten Forscher im Juni 16 Geophysikalische Forschungsbriefe.

Diese unsichtbaren Ausbrüche, sogenannte Entlüftungsentladungen, treten früh bei Eruptionen auf, was es Wissenschaftlern ermöglichen könnte, Wege zu finden, sie zur Warnung vor bevorstehenden Explosionen zu verwenden.

Forscher wissen, dass sich vulkanische Blitze durch Silikataufladung bilden können, was sowohl passiert, wenn Gesteine ​​während einer Eruption auseinanderbrechen, als auch wenn Gesteine ​​und anderes Material, das vom Vulkan geschleudert wird, sich in der turbulenten Wolke gegenseitig anstoßen (SN: 3/3/15). Winzige Aschepartikel reiben aneinander, gewinnen und verlieren Elektronen, was positive und negative Ladungen erzeugt, die dazu neigen, sich in Taschen gleicher Ladung zusammenzuklumpen. Um dieses instabile elektrische Feld zu neutralisieren, ziehen Blitze im Zickzack zwischen den geladenen Clustern, sagt Cassandra Smith, Vulkanologin am Alaska Volcano Observatory in Anchorage.

Experimente haben gezeigt, dass man ohne eine gewisse Menge Asche im System keinen Blitz bekommen kann, sagt Smith. „Wenn Sie also Vulkanblitze sehen, können Sie ziemlich sicher sagen, dass der Ausbruch Asche enthält.“

Entlüftungsentladungen hingegen sind relativ neu erkannte Ausbrüche elektrischer Aktivität, die sekundenlang ein kontinuierliches Hochfrequenzsignal erzeugen – eine Ewigkeit im Vergleich zu Blitzen. Diese Entladungen können mit speziellen Geräten gemessen werden.

Indem sie sich auf kleine Explosionen von Sakurajima konzentrierten, definiert als solche mit Wolkenhöhen von 3 Kilometern oder weniger und mit einer Dauer von weniger als fünf Minuten, untersuchten Smith und Kollegen die Silikataufladung, die Schwadendynamik und die Beziehung zwischen vulkanischen Blitzen und Schlotentladungen. Wie erwartet stellte das Team fest, dass Blitze bei Sakurajima in aschereichen Wolken auftraten. Schlotentladungen traten jedoch nur auf, wenn aschereiche Wolken mit vulkanischen Blitzen mit Geschwindigkeiten von mehr als etwa 55 Metern pro Sekunde himmelwärts schossen.

„Sobald Sie eine bestimmte Eruptionsintensität erreicht haben“, sagt Smith, „werden Sie diese Schlotentladungen sehen.“

Die Überwachung dieser Entladungen könnte besonders hilfreich sein, um schnell Eruptionen zu erkennen, die viel Asche enthalten. Das Aufspüren von Asche ist von entscheidender Bedeutung, sagt Smith, „weil das in vielen Fällen für die Luftfahrt und die lokalen Gemeinschaften gefährlich ist“. Elektrische Aktivität, sagt sie, signalisiert eine aschereiche Wolke, unabhängig von Wetter und Tageszeit, und Schlotentladungen liefern ein Maß für die Intensität einer Eruption, was Observatorien helfen könnte, zu modellieren, wohin eine Wolke gehen könnte.

Die Verfolgung von Blitz- und Schlotentladungen könnte Lücken schließen, die durch andere Arten der Überwachung von Vulkanen hinterlassen wurden, sagt Chris Schultz, ein Forschungsmeteorologe am Marshall Space Flight Center der NASA in Huntsville, Ala. Seismologen verfolgen unterirdische Bewegungen von Magma, um nach Anzeichen einer bevorstehenden Eruption zu suchen, z Beispiel. Infraschall wird verwendet, um anzuzeigen, wann eine Explosion stattgefunden hat, aber die Technik unterscheidet bei Eruptionen nicht zwischen Asche und Gas. Und Satelliten sammeln Daten über Eruptionen, allerdings hängt dies in vielen Fällen von gutem Wetter zur richtigen Zeit ab.

Die Blitz- und Schlotentladungen, sagt Schultz, könnten schließlich auch Frühwarnungen liefern, insbesondere vor größeren aschereichen Eruptionen.

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