亚博app|火山灰静电悬浮进入电离层及其对气候的突然影响

本文摘要:火山爆发会对环境、气候和人类产生全球影响。

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火山爆发会对环境、气候和人类产生全球影响。例如,Tambora火山爆发是拿破仑在滑铁卢战役中败北的原因之一。

火山爆发期间产生的火山喷发柱由火山灰和气体组成,可以在火山火山口上方几公里处到达平流层(10-50公里),通过大气循环扩散到世界各地。例如,1991年菲律宾皮纳图博火山爆发引起的火山灰云将地球包围了近一个月(Oppenheimer,2012年)。通过平流层的大量含硫气体和尘埃颗粒在几天内消失,其余部分转换成硫酸和水的混合物,不作为小颗粒存在,停留在平流层的时间可能会扩大约一年。

产生光学效果,使太阳光衍射,对气候产生加热效果。(大卫亚设、Northern Exposure(美国电视剧)、平流层、平流层、平流层等)火山爆发会对地球低层大气产生深刻的印象和持续的影响。

那么,会对中层大气和电离层产生影响吗?最近,伦敦帝国理工大学地球科学与工程系研究员Genge向Geology公开了封面文章(图1),明确提出火山爆发影响全球电离层的新机制——3354火山爆发柱的电荷是火山灰的静电漂浮。直径为500nm的火山粒子转移到电离层,以100s的时间尺度阻挡电离层。图1Geology第10期标志传统观点认为,平流层的逆温效应会妨碍对流下降,因此火山喷发的火山灰会对高层大气产生根本影响。

但是,他指出,在爆发的火山爆发期间频繁重复的火山闪电现象,火山爆发柱具有明显的电荷(图1)。雷恩和吉尔伯特的观测和模型指出,火山灰一般带负电,而火山气体一般带正电,灰烬和气体不受对流和风的影响,再次物理分离,产生大的纯电荷。因此,爆炸性火山爆发可以看作是发电机和电荷分离器,与电荷的火山灰粒子具有完全相同极性的纯电荷的喷出物之间由于静电相互作用而漂浮。

粒子的动态模拟结果在图2右图中,直径为50nm、100nm、500nm的粒子从火山爆炸柱(~ 10库仑清洁电荷)通过对流下降到50公里高度后,在约2个小时内可以分别超过110公里、90公里、60公里的高空。大型火山如果火山爆发时间长(例如1991年皮纳图博火山爆发的高峰期为9个小时),漂浮粒子在此期间保持电荷,就能拥有仅次于高度的充足时间。当然,由于大气中阳离子的复发,火山粒子的电荷不会再次膨胀,所以漂浮的时间是允许的。

根据气体动力学理论,电荷缓解时间约为100-1000s。大的爆炸性火山爆发引起的火山灰一般是硅,这种材料的电荷缓解时间更长。

图2是在直径为100nm(红色)、50nm(绿色)、10nm(灰色)的火山岩火山爆发柱上模拟的直径为50公里的火山岩火山爆发柱。平流层的灰点响应火山爆发柱内的点电荷,斜体文字响应超过最大高度的时间。在几次火山爆发期间,科学家们仔细观察了全球规模的电离层电流扰动。

扰动随着火山爆发的规模变化而变化。这种扰动可以从引力波的角度来解释,但由于悬浮粒子的变化结果,——静电漂浮,将负电荷带到电离层,减少大气中的阳离子密度。

Genge的研究还提出了一个非常精致的观点,认为火山灰的静电漂浮会导致全球气候的短期变化。主要机制是大气电场的明显破坏和电离层的短响应时间会妨碍超级火山火山爆发中云的构成,从而增加全球云覆盖面积和降水。电离层恢复正常后,全球云构成被诱导,大气中H2O含量减少,云覆盖面积加强,降水减少。

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这一观点与一般平流层气溶胶变化引起的降水减少机制截然不同。图3显示了1883年8月26日印度尼西亚喀拉喀托火山爆发后的气温数据和降水数据。从卡拉卡托火山爆发前后的降水频率来看,8月22日至8月27日降水量记录的气象观测站数量最多(共138个站点)。

图31883年北美、欧洲、俄罗斯、澳大利亚47个站点测量的平均最低气温和日气温以下(蓝线)。橙色曲线表示记录降水量的气象站数,1883年8月22-27日之间向下(间隔以实线垂直线回应)。

上述研究结果为解释整个地球不同圆圈的结合,提出了非常精密的观点,定量估计地表火山活动对整个上层大气的明显影响,本文的假设必须超越学科主导,通过更详细、更准确的观测来证明。(另一方面,它也是如此。)。

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