親自研究火山噴發可能很危險，而且科學家們 在嘗試時喪生。相比之下，火山閃電（是的，火山會產生閃電！）提供了一個更安全的機會來檢查火山內部發生的情況。但是，這些明亮的閃電仍然發生在惡劣的環境中，而且厚厚的濃密火山灰羽流會遮擋閃電。
現在，科學家們開發出一種分析火山閃電的方法，該方法具有成本效益，相對簡單且安全。慕尼黑路德維希-馬克西米利安大學的研究人員沒有靠近火山閃電或使用昂貴的裝置，而是透過閃電的副產品：玻璃來獲得線索。
火山閃電發生在火山噴發期間，當時熱的火山灰顆粒上升到空中並相互摩擦。熱量和摩擦會產生電荷差異，從而引發閃電。
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閃電在上升的濃密火山灰羽流中閃進閃出，使火山灰變得如此炙熱，以至於有時會變成液體。如果火山灰顆粒被充分加熱並有足夠的時間冷卻，它們可以變成微小的玻璃球——不比筆尖上的點大。然後，玻璃顆粒落回地面並聚集形成大面積的沉積物。
“如果閃電事件太短，那麼顆粒就不會首先融化，”慕尼黑大學火山學家法比安·沃茲沃思說道，他是 發表在《地球物理研究雜誌：固體地球》上的研究 的負責人。但是，如果熱量擴散到顆粒中並使其融化，那麼就會發生兩件事。如果有足夠的時間，熔化的火山灰將由於表面張力而變成一個完整的球體。或者，如果顆粒的冷卻速度快於變圓速度，則最終的玻璃將保持鋸齒狀和有稜角。
法比安·沃茲沃思和他的團隊使用計算機模擬開發了一個數學模型，該模型可以預測產生各種玻璃球所需的噴發條件。
研究人員的模型允許他們進行反向推導。透過注意玻璃顆粒的形狀，他們可以確定任何給定噴發的具體閃電條件。火山閃電的溫度和持續時間各不相同。因此，玻璃顆粒也各不相同。
沃茲沃思說：“閃電事件的數量以及它們持續的時間似乎與羽流中顆粒的大小分佈有某種關係。反過來，羽流中顆粒的大小分佈直接與產生它們的噴發的爆發程度有關。”
因此，模擬這些玻璃顆粒形成的條件可以更好地瞭解火山是如何噴發的。
火山閃電獲得關注
“長期以來，它都是軼事，因此觀察到這種轉變的發展很有意思，” 南佛羅里達大學的火山學家斯蒂芬·麥克納特說道，他沒有參與這項研究。“現在，你去看科學會議上關於火山的演講，他們開始更頻繁地報告閃電。”
過去，科學家們依靠一種稱為閃電測繪陣列（LMA）的儀器來檢測無線電頻率，以分辨閃電的電訊號。麥克納特說，LMA 與其他儀器相結合，使科學家能夠建立火山閃電的 3D 地圖，精度在 10 米以內。但是，這種技術很昂貴，而且仍然不能提供所有答案，例如閃電的溫度。
沃茲沃思和他的團隊證明，使用數學工具，研究人員可以從大型自然觀測（閃電）中回溯，以破譯複雜噴發過程的詳細部分。噴發後看似微小、無關緊要的副產品（玻璃顆粒）就像醫生辦公室裡的一種新的診斷測試，可以澄清大局的部分情況。
此外，這項工作直接有助於火山噴發的減災工作。當火山灰與降雨混合時，它會形成可能使屋頂坍塌的泥漿。移動的火山灰雲會導致呼吸問題、損壞機械，並透過阻擋太陽能電池板來阻礙可再生能源的產生。沃茲沃思和他的團隊已經開始測試被閃電熔化的火山灰顆粒在噴氣發動機表面上的粘附程度。瞭解這些資訊可以引導飛機繞過噴發的火山。
能夠以更低的成本快速分析羽流條件將有助於科學家預測噴發後的潛在危險。
沃茲沃思說：“快速瞭解羽流條件有助於我們預測羽流在特定風力條件下會飄向何處，這顯然有助於我們為火山灰到達世界某些地區做好準備。”
本文經《PBS 新聞一小時》許可轉載。它於2017 年 5 月 18 日首次釋出。