亲自研究火山喷发可能很危险，而且科学家们 在尝试时丧生。相比之下，火山闪电（是的，火山会产生闪电！）提供了一个更安全的机会来检查火山内部发生的情况。但是，这些明亮的闪电仍然发生在恶劣的环境中，而且厚厚的浓密火山灰羽流会遮挡闪电。
现在，科学家们开发出一种分析火山闪电的方法，该方法具有成本效益，相对简单且安全。慕尼黑路德维希-马克西米利安大学的研究人员没有靠近火山闪电或使用昂贵的设备，而是通过闪电的副产品：玻璃来获得线索。
火山闪电发生在火山喷发期间，当时热的火山灰颗粒上升到空中并相互摩擦。热量和摩擦会产生电荷差异，从而引发闪电。
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闪电在上升的浓密火山灰羽流中闪进闪出，使火山灰变得如此炙热，以至于有时会变成液体。如果火山灰颗粒被充分加热并有足够的时间冷却，它们可以变成微小的玻璃球——不比笔尖上的点大。然后，玻璃颗粒落回地面并聚集形成大面积的沉积物。
“如果闪电事件太短，那么颗粒就不会首先融化，”慕尼黑大学火山学家法比安·沃兹沃思说道，他是 发表在《地球物理研究杂志：固体地球》上的研究 的负责人。但是，如果热量扩散到颗粒中并使其融化，那么就会发生两件事。如果有足够的时间，熔化的火山灰将由于表面张力而变成一个完整的球体。或者，如果颗粒的冷却速度快于变圆速度，则最终的玻璃将保持锯齿状和有棱角。
法比安·沃兹沃思和他的团队使用计算机模拟开发了一个数学模型，该模型可以预测产生各种玻璃球所需的喷发条件。
研究人员的模型允许他们进行反向推导。通过注意玻璃颗粒的形状，他们可以确定任何给定喷发的具体闪电条件。火山闪电的温度和持续时间各不相同。因此，玻璃颗粒也各不相同。
沃兹沃思说：“闪电事件的数量以及它们持续的时间似乎与羽流中颗粒的大小分布有某种关系。反过来，羽流中颗粒的大小分布直接与产生它们的喷发的爆发程度有关。”
因此，模拟这些玻璃颗粒形成的条件可以更好地了解火山是如何喷发的。
火山闪电获得关注
“长期以来，它都是轶事，因此观察到这种转变的发展很有意思，” 南佛罗里达大学的火山学家斯蒂芬·麦克纳特说道，他没有参与这项研究。“现在，你去看科学会议上关于火山的演讲，他们开始更频繁地报告闪电。”
过去，科学家们依靠一种称为闪电测绘阵列（LMA）的仪器来检测无线电频率，以分辨闪电的电信号。麦克纳特说，LMA 与其他仪器相结合，使科学家能够创建火山闪电的 3D 地图，精度在 10 米以内。但是，这种技术很昂贵，而且仍然不能提供所有答案，例如闪电的温度。
沃兹沃思和他的团队证明，使用数学工具，研究人员可以从大型自然观测（闪电）中回溯，以破译复杂喷发过程的详细部分。喷发后看似微小、无关紧要的副产品（玻璃颗粒）就像医生办公室里的一种新的诊断测试，可以澄清大局的部分情况。
此外，这项工作直接有助于火山喷发的减灾工作。当火山灰与降雨混合时，它会形成可能使屋顶坍塌的泥浆。移动的火山灰云会导致呼吸问题、损坏机械，并通过阻挡太阳能电池板来阻碍可再生能源的产生。沃兹沃思和他的团队已经开始测试被闪电熔化的火山灰颗粒在喷气发动机表面上的粘附程度。了解这些信息可以引导飞机绕过喷发的火山。
能够以更低的成本快速分析羽流条件将有助于科学家预测喷发后的潜在危险。
沃兹沃思说：“快速了解羽流条件有助于我们预测羽流在特定风力条件下会飘向何处，这显然有助于我们为火山灰到达世界某些地区做好准备。”
本文经《PBS 新闻一小时》许可转载。它于2017 年 5 月 18 日首次发布。