Tormenta volcánica

Una tormenta volcánica o tormenta sucia es una descarga eléctrica causada por una erupción volcánica en lugar de una tormenta ordinaria. Los relámpagos volcánicos surgen de la colisión y fragmentación de partículas de ceniza volcánica (y, a veces, de hielo), que generan electricidad estática dentro de la columna volcánica, lo que lleva al nombre de tormenta eléctrica sucia. La convección húmeda y la formación de hielo también impulsan la dinámica de la columna de erupción y pueden desencadenar relámpagos volcánicos. A diferencia de las tormentas ordinarias, los relámpagos volcánicos también pueden ocurrir antes de que se formen cristales de hielo en la nube de ceniza.

Las primeras observaciones registradas de relámpagos volcánicos son de Plinio el Joven, que describe la erupción del Monte Vesubio en el 79 d. C.: "Hubo una oscuridad muy intensa que se volvió más espantosa por el brillo irregular de las antorchas a intervalos oscurecidos por el resplandor transitorio de un relámpago". Los primeros estudios de relámpagos volcánicos también fueron realizados en el Monte Vesubio por el profesor Palmieri, quien observó las erupciones de 1858, 1861, 1868 y 1872 desde el Observatorio del Vesubio. Estas erupciones a menudo incluían actividad de rayos.

Se han informado instancias sobre el volcán Monte Agustín de Alaska, el volcán Eyjafjallajökull de Islandia, el Monte Etna en Sicilia, Italia y el volcán Taal en Filipinas.

Mecanismos de carga

Carga de hielo

Se cree que la carga de hielo juega un papel importante en ciertos tipos de columnas de erupción, particularmente aquellas que se elevan por encima del nivel de congelación o que involucran la interacción magma-agua. Las tormentas ordinarias producen relámpagos a través de la carga de hielo cuando las nubes de agua se electrifican por la colisión de cristales de hielo y otros hidrometeoros. Las plumas volcánicas también pueden transportar abundante agua. Esta agua proviene del magma, se vaporiza de las fuentes circundantes, como lagos y glaciares, y se arrastra del aire ambiental a medida que la pluma se eleva a través de la atmósfera. Un estudio sugirió que el contenido de agua de las columnas volcánicas puede ser mayor que el de las tormentas eléctricas.El agua se transporta inicialmente como vapor caliente, que se condensa en líquido en la columna ascendente y finalmente se congela en hielo si la columna se enfría muy por debajo del punto de congelación. Algunas erupciones incluso producen granizo volcánico. El apoyo a la hipótesis de la carga de hielo incluye la observación de que la actividad de los rayos aumenta considerablemente una vez que las columnas volcánicas se elevan por encima del nivel de congelación, y la evidencia de que los cristales de hielo en la parte superior del yunque de la nube volcánica son portadores de carga efectivos.

Carga por fricción

Se cree que la carga triboeléctrica (friccional) dentro de la columna de un volcán durante la erupción es un importante mecanismo de carga eléctrica. Las cargas eléctricas se generan cuando los fragmentos de roca, las cenizas y las partículas de hielo en una columna volcánica chocan y producen cargas estáticas, de forma similar a como chocan las partículas de hielo en las tormentas regulares. La actividad convectiva que hace que la pluma se eleve luego separa las diferentes regiones de carga, lo que finalmente provoca una falla eléctrica.

Fractoemisión

Fractoemisión es la generación de carga a través de la ruptura de partículas de roca. Puede ser una fuente significativa de carga cerca del respiradero en erupción.

Carga radiactiva

Aunque se cree que tiene un efecto pequeño en la carga general de las columnas volcánicas, los radioisótopos naturales dentro de las partículas de roca expulsadas pueden, no obstante, influir en la carga de partículas. En un estudio realizado con partículas de ceniza de las erupciones de Eyjafjallajökull y Grímsvötn, los científicos descubrieron que ambas muestras poseían una radiactividad natural por encima del nivel de fondo, pero que los radioisótopos eran una fuente improbable de autocarga en la pluma de Eyjafjallajökull. Sin embargo, existía la posibilidad de una mayor carga cerca de la ventilación donde el tamaño de las partículas es mayor. La investigación continúa, y la electrificación a través de radioisótopos, como el radón, puede ser significativa en algunos casos y, en varias magnitudes, un mecanismo algo común.

Altura de la pluma

La altura de la columna de ceniza parece estar relacionada con el mecanismo que genera el rayo. En penachos de ceniza más altos (7 a 12 km), las grandes concentraciones de vapor de agua pueden contribuir a la actividad de los rayos, mientras que los penachos de ceniza más pequeños (1 a 4 km) parecen ganar más carga eléctrica a partir de la fragmentación de las rocas cerca de la boca del volcán (fractoemisión). La temperatura atmosférica también juega un papel en la formación de rayos. Las temperaturas ambientales más frías promueven la congelación y la carga de hielo dentro de la columna, lo que lleva a una mayor actividad eléctrica.

Esférulas volcánicas inducidas por rayos

Los estudios experimentales y la investigación de depósitos volcánicos han demostrado que la iluminación volcánica crea un subproducto conocido como "esférulas volcánicas inducidas por rayos" (LIVS). Estas diminutas esferas de vidrio se forman durante procesos de alta temperatura, como los rayos que caen de la nube al suelo, de forma análoga a las fulguritas. La temperatura de un rayo puede alcanzar los 30.000 °C. Cuando este rayo entra en contacto con partículas de ceniza dentro de la columna, puede hacer una de dos cosas: (1) vaporizar completamente las partículas de ceniza, o (2) hacer que se derritan y luego se solidifiquen rápidamente a medida que se enfrían, formando orbes. La presencia de esférulas volcánicas inducidas por rayos puede proporcionar evidencia geológica de rayos volcánicos cuando el rayo en sí no se observó directamente.