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Raio vulcânico

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Relâmpagos vulcânicos durante a erupção do vulcão Taal, nas Filipinas, em janeiro de 2020

Raio vulcânico é uma descarga elétrica causada por uma erupção vulcânica e não por uma tempestade comum. Os raios vulcânicos surgem da colisão e fragmentação de partículas de cinzas vulcânicas (e às vezes gelo),[1][2] que geram eletricidade estática dentro da pluma vulcânica,[3] levando ao nome de tempestade suja.[4][5] A convecção úmida e a formação de gelo também impulsionam a dinâmica da pluma de erupção[6][7] e podem desencadear raios vulcânicos.[8][9] Ao contrário das tempestades comuns, os relâmpagos vulcânicos também podem ocorrer antes que os cristais de gelo se formem na nuvem de cinzas.[10][11]

As primeiras observações registradas de relâmpagos vulcânicos[12] são de Plínio, o Jovem, descrevendo a erupção do Monte Vesúvio no ano 79: "Havia uma escuridão mais intensa que se tornava mais assustadora pelo brilho intermitente das tochas em intervalos obscurecidos pelo clarão transitório dos relâmpagos."[13] Os primeiros estudos de raios vulcânicos também foram realizados no Monte Vesúvio pelo professor Luigi Palmieri, que observou as erupções de 1858, 1861, 1868 e 1872 do Observatório do Vesúvio. Essas erupções geralmente incluíam atividade de raios.[13]

Casos foram relatados acima do vulcão Mount Augustine no Alasca,[14] no vulcão Eyjafjallajökull na Islândia,[15] no Monte Etna na Sicília, Itália,[16] e no vulcão Taal nas Filipinas.[17][18]

Mecanismos de carregamento elétrico

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Carregamento de gelo

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Raio vulcânico durante a erupção de 1994 do Monte Rinjani, na Indonésia

Acredita-se que o carregamento elétrico de gelo desempenhe um papel importante em certos tipos de plumas de erupção vulcânica – particularmente aquelas que se elevam acima do nível de congelamento ou envolvem interação magma-água.[19] Tempestades comuns produzem relâmpagos através do carregamento de gelo[20] à medida que as nuvens de água se tornam eletrificadas pela colisão de cristais de gelo e outros hidrometeoros.[21] As plumas vulcânicas também podem transportar água abundante.[22] Esta água é proveniente do magma,[23] vaporizada de fontes circundantes, como lagos e geleiras,[24] e arrastada do ar ambiente à medida que a pluma sobe pela atmosfera.[6] Um estudo sugeriu que o teor de água das plumas vulcânicas pode ser maior do que o das tempestades.[25] A água é inicialmente transportada como um vapor quente, que se condensa em líquido na coluna ascendente e, finalmente, congela em gelo se a pluma esfriar bem abaixo do ponto de congelamento.[26] Algumas erupções até produzem granizo vulcânico.[7][27] O apoio para a hipótese de carregamento elétrico de gelo inclui a observação de que a atividade dos raios aumenta muito quando as plumas vulcânicas sobem acima do nível de congelamento,[19] além de evidências de que os cristais de gelo no topo da nuvem vulcânica são eficazes transportadores de carga elétrica.[9]

Carregamento por fricção

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Acredita-se que o carregamento triboelétrico (friccional) dentro da pluma de um vulcão durante a erupção seja um importante mecanismo de carregamento elétrico. As cargas elétricas são geradas quando fragmentos de rocha, cinzas e partículas de gelo em uma pluma vulcânica colidem e produzem cargas estáticas, semelhantes à maneira como as partículas de gelo colidem em tempestades regulares.[12] A atividade convectiva que faz com que a pluma suba separa as diferentes regiões de carga, causando a ruptura elétrica.

Fratoemissão

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Raios vulcânicos na erupção de 2010 do vulcão Eyjafjallajökull, na Islândia

Fractoemissão é a geração de carga através da quebra de partículas de rocha. Pode ser uma fonte significativa de carga perto da abertura em erupção. [28]

Carregamento radioativo

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Embora se acredite que tenha um pequeno efeito no carregamento geral das plumas vulcânicas, os radioisótopos naturais dentro das partículas de rocha ejetadas podem, no entanto, influenciar o carregamento das partículas.[29] Em um estudo realizado em partículas de cinzas das erupções de Eyjafjallajökull e Grímsvötn, os cientistas descobriram que ambas as amostras possuíam uma radioatividade natural acima do nível de fundo, mas que os radioisótopos eram uma fonte improvável de auto-carregamento na pluma de Eyjafjallajökull.[30] No entanto, havia o potencial de maior carga perto da abertura onde o tamanho das partículas é maior.[29] A pesquisa continua, e a eletrificação via radioisótopos, como o radônio, pode, em alguns casos, ser significativa e, em várias magnitudes, um mecanismo relativamente comum.[31]

Altura da pluma

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A altura da nuvem de cinzas parece estar ligada ao mecanismo que gera o raio. Em plumas de cinzas mais altas (7-12 km) grandes concentrações de vapor de água podem contribuir para a atividade de raios, enquanto pequenas plumas de cinzas (1-4 km) parecem ganhar mais de sua carga elétrica da fragmentação de rochas perto da abertura do vulcão (fractoemissão). A temperatura atmosférica também desempenha um papel na formação de raios. Temperaturas ambientes mais frias promovem o congelamento e o carregamento de gelo dentro da pluma, levando a mais atividade elétrica.[32][30]

Esférulas vulcânicas induzidas por raios

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Estudos experimentais e investigação de depósitos vulcânicos mostraram que a iluminação vulcânica cria um subproduto conhecido como "esférulas vulcânicas induzidas por raios" (LIVS, sigla em inglês).[33][34] Essas pequenas esférulas de vidro se formam durante processos de alta temperatura, como raios nuvem-solo, análogos aos fulguritos.[33] A temperatura de um raio pode chegar a 30 000 °C. Quando este raio entra em contato com partículas de cinzas dentro da pluma, ele pode fazer uma das duas coisas: (1) vaporizar completamente as partículas de cinzas,[35] ou (2) fazer com que elas derretam e, em seguida, solidifiquem rapidamente à medida que esfriam, formando esferas.[34] A presença de esférulas vulcânicas induzidas por raios pode fornecer evidências geológicas para raios vulcânicos quando o próprio raio não foi observado diretamente.[33]

Referências

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Ligações externas

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