Untersuchung der Bedingungen zum Auftreten von Blitzen während vulkanischer Eruptionen

Description: Vulkanische Eruptionen faszinieren die Menschen seit jeher, insbesondere wenn sie mit spektakulären Blitzen in Eruptionswolken einhergehen. Dieses Phänomen wurde erstmals durch Plinius den Jüngeren bei der 79 AD Eruption des Vesuvs beschrieben und heutzutage gibt es zahlreiche ausgezeichnete Fotos von Blitzen während vulkanischer Eruptionen. Das verstärkte wissenschaftliche Interesse beruht darauf, dass Blitze relativ einfach mittels Antennen zu registrieren sind und so u.U. als Mitigationswerkzeug und zur Abschätzung der Eruptionsgröße genutzt werden könnten. Zudem legen die Miller-Ureys Experimente nahe, dass Blitze in Vulkaneruptionen die Transformation der aus vulkanischen Gasen bestehenden primordialen Atmosphäre in komplexe organische Verbindungen begünstigt haben können.Bisher sind dedizierte Modelle zur Erklärung der Blitze in vulkanischen Eruptionen jedoch nach wie vor selten. Verschiedene elektrostatische Prozesse wie Triboelektrifikation und bruchinduzierte Ladungstrennung wurden zwar schon genauer untersucht, aber in vielen Modellen wird die Eruptionswolke hinsichtlich der Blitzentstehung immer noch mit einer dreckigen Gewitterwolke verglichen, obwohl die Gemeinsamkeiten beider Wolken eher klein sind. Mittels dieses Antrags soll die Entstehung von Blitzen in Eruptionswolken durch eine neuartige Kombination von Geländemessungen, Laborexperimenten und begleitenden numerischen Modellen untersucht werden. Bei den Geländemessungen kommen Doppler Radar, Hochgeschwindigkeitsvideos, Messungen des elektrischen Feldes sowie seismische und akustische Messungen zum Einsatz, um die auftretenden Blitze eindeutig physikalischen Bedingungen in der Eruptionswolke zuzuordnen. Diese Messungen sollen am Vulkan Sakurajima in Japan durchgeführt werden, der für seine häufigen vulkanischen Eruptionen sowie das Auftreten von Blitzen bekannt ist. Die Geländedaten dokumentieren die prä-eruptiven Bedingungen, die Eruptionsgeschwindigkeiten vor und während der Blitze, die Positionen der Blitze und dazugehörige elektrische Felder, sowie Korngrößenverteilungen der Asche. Diese Daten werden durch detaillierte Laborversuche in sog. Shock tubes ergänzt, in denen sowohl natürlich als auch synthetisch hergestellte Asche verwendet wird. Untersucht werden u.a. die elektrischen Eigenschaften der Asche und der Zusammenhang zwischen den Versuchsbedingungen und dem Auftreten von Blitzen. Letztlich werden wir ein bestehendes Eruptionssäulenmodell um die Berücksichtigung der elektrischen Eigenschaften der Aschepartikel erweitern. Hiermit sollen unsere Modellvorstellungen zur Entstehung von Blitzen untersucht werden, insbesondere warum einige Eruptionen keine Blitze aufweisen während sich andere durch heftige Blitztätigkeit auszeichnen. Unsere Gelände- und Labordaten zusammen mit den numerischen Modellen werden die Bedingungen zum Auftreten vulkanischer Blitze klar eingrenzen und somit wird sich auch abschätzen lassen, inwieweit Blitze als Warnsystem genutzt werden können.

SupportProgram

Origins: /Bund/UBA/UFORDAT

Tags: Asche ? Blitz ? Radar ? Japan ? Akustische Messung ? Vulkanismus ? Organische Verbindung ? Gasförmiger Stoff ? Atmosphärenmodell ? Korngröße ? Mathematisches Modell ? Messdaten ? Simulation ? Wolke ? Laborversuch ? Datenmodell ? Gefährdungspotenzial ? Messung ? Atmosphäre ? Datenerhebung ? Freilandversuch ? Informationsgewinnung ? Fotografie ? Warnsystem ? Aufladung ? Bemessung ? Elektrisches Feld ? Geländemodell ? Werkzeug ?

Region: Bayern

Bounding boxes: 12.53381° .. 12.53381° x 47.795° .. 47.795°

License: cc-by-nc-nd/4.0

Language: Deutsch

Organisations

• Deutsche Forschungsgemeinschaft (Geldgeber*in)
• Umweltbundesamt (Bereitsteller*in)
• Universität Hamburg, Zentrum für Meeres- und Klimaforschung, Institut für Geophysik (Mitwirkende)
• Universität München, Department für Geo- und Umweltwissenschaften - Sektion Mineralogie, Petrologie & Geochemie (Betreiber*in)

Time ranges: 2017-01-01 - 2025-06-30

Alternatives

• Language: Englisch/English
  Title: Exploring the conditions for occurrence of volcanic lightning
  Description: Volcanic eruptions have fascinated people for as long as mankind exists especially if lightning occurs during eruptions, making them even more enigmatic. First reported during the 79 AD eruption of Mt. Vesuvius by Pliny the younger, volcanic lightning has caught significant attention during the last decade through increasingly detailed photographs documenting the recurrence of lightning in numerous eruptions. The increasing interest in volcanic lightning resides in the fact that flashes can be detected using remotely deployed antennas making this a potential hazard mitigation tool to detect eruptions and constraining their size. Furthermore, volcanic lightning is widely thought to have kick-started life on our early Planet by promoting the transformation of the volcanic gases composing the primordial atmosphere into complex organic compounds as proposed by Miller-Ureys pioneering experiments.Comprehensive models for volcanic lightning, however, have been quite sparse due to lacking of systematic observation of the phenomenon. Several fundamental electrostatic processes like triboelectrification versus fracture-induced charging of the ash have been looked at in quite some detail but still most models of plume electrification invoke mechanisms recognized in thundercloud lightning. However, the phenomenology of thunderclouds is far from being similar to that of volcanic plumes, relegating this comparison to a very general level. In this proposal we will shed new light onto the occurrence of volcanic lightning during volcanic eruptions by combining novel multiparameter field measurements, lab experiments and numerical simulations to help unravel the nature of volcanic lightning. Field measurements using Doppler radar, high speed video, electric field measurements and seismic and acoustic recordings will constrain the dynamic conditions that lead to volcanic lightning. These measurements will be carried out at Sakurajima volcano, Japan, which is well known for his very frequent, mostly vulcanian, eruptions as well as the frequent occurrence of volcanic lightning. The field data will document pre eruptive conditions, eruption velocities associated with lightning, the location of lightning flashes and associated electric fields, and in situ measurements of ash size distributions. Those data will be complemented by detailed laboratory experiments, carried out in a shock tube, determination of electrical properties of ash either generated in the lab under controlled conditions or measured on natural ash collected in the field. Finally, numerical modeling will combine our results on charge generation and eruption dynamics with a state of the art eruption column model to explore why some eruptions generate lightning while others not. Our data and modeling effort will lead to a significantly improved and self-consistent model for the occurrence of volcanic lightning which can be further used to tightly constrain dynamic conditions in volcanic plumes. https://ufordat.uba.de/UFORDAT/pages/PublicRedirect.aspx?TYP=PR&DSNR=1072845

Status

Aktiv

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