Cách Sấm Sét Núi Lửa Được Tạo Ra?
Bài viết phát hành:
Cập nhật lần cuối:
Có những cảnh tượng khiến chúng tôi nín thở mỗi khi xem lại: một cột tro đen đặc vọt lên từ miệng núi lửa, và bên trong nó, những tia chớp xanh trắng đan chằng chịt như mạng nhện. Đó là sấm sét núi lửa (Volcanic lightning), còn gọi là dirty thunderstorm, hay cơn giông bẩn. Hiện tượng này là nơi sức mạnh từ lòng đất gặp trực tiếp các quy luật điện học của khí quyển. Hôm nay chúng tôi cùng bạn tìm hiểu vì sao nó xuất hiện và vì sao giới khoa học xem nó là công cụ theo dõi núi lửa rất quý giá.
Sấm Sét Núi Lửa Là Gì?
Sấm sét núi lửa là hiện tượng phóng điện xảy ra bên trong cột tro bụi, khí và mảnh đá phun ra từ núi lửa. Khác với giông bão mùa hè, nơi tia chớp hình thành từ mây ẩm cùng băng đá, sét núi lửa sinh ra ngay giữa cột vật liệu đặc quánh mà vụ phun trào tạo nên. Nó không phải hiện tượng thời tiết thông thường mà do chính vụ phun trào tạo ra.
Những tia chớp này có thể là các tia lửa điện nhỏ lóe lên sát miệng núi lửa, cũng có thể là những dải sét lớn, phân nhánh, xuyên qua cả cột khói đen kịt. Hiện tượng thường xuất hiện rõ nhất ở các vụ phun trào nổ mạnh, thay vì những dòng dung nham chảy êm ả.
(Xem thêm: Vì Sao Oxy Trên Trái Đất Không Thể Thoát Ra Ngoài Vũ Trụ?)
Vì Sao Núi Lửa Có Thể Tạo Ra Sét?
Sét núi lửa là kết quả của một chuỗi quá trình vật lý diễn ra rất nhanh trong cột phun trào.
Magma vỡ vụn. Magma giàu khí từ sâu dưới lòng đất dâng lên rồi gặp áp suất giảm đột ngột. Nó nổ tung thành hàng tỷ mảnh nhỏ, gồm tro núi lửa, hạt thủy tinh núi lửa li ti và đá bọt.
Va chạm dữ dội. Các mảnh vật liệu bị phóng lên không trung với tốc độ rất lớn và liên tục đập vào nhau trong một không gian hỗn loạn.
Điện tích bị tách ra. Sau mỗi cú va chạm, các hạt trao đổi điện tích với nhau. Hạt nhỏ và nhẹ bị dòng khí đẩy lên cao, còn mảnh đá nặng mang điện tích trái dấu nằm lại ở phần thấp hơn. Khi hiệu điện thế giữa hai vùng vượt quá ngưỡng chịu đựng của không khí, một dòng điện khổng lồ sẽ phóng qua và tạo nên tia chớp.
Hiệu Ứng Ma Sát Điện Và Băng Trong Cột Tro Bụi
Gần miệng núi lửa, nơi hạt vật liệu dày đặc nhất, hiệu ứng ma sát điện (Triboelectric effect) giữ vai trò chính. Đây là cùng hiện tượng khiến quả bóng bay dính vào tóc bạn sau khi cọ xát: các hạt va chạm và chuyển điện tích cho nhau.
Khi cột tro dâng cao và nguội đi, câu chuyện đổi khác. Hơi nước từ magma, hoặc từ hồ, sông băng và nước biển bị đun bốc hơi, sẽ ngưng tụ rồi đóng băng khi cột tro vượt qua độ cao đóng băng. Lúc này các tinh thể băng va chạm với tro bụi giống như trong một đám mây giông thật sự, và hoạt động sét tăng mạnh. Chính vì vậy giới khoa học gọi hiện tượng này là cơn giông bẩn.
Các nghiên cứu của Cục Khảo sát Địa chất Hoa Kỳ (USGS) cho thấy hai cơ chế này có thể hoạt động nối tiếp nhau. Va chạm giữa các hạt silicat chiếm ưu thế ở vùng gần miệng núi lửa, còn sự nhiễm điện do băng đảm nhận phần lớn ở tầng cao của cột tro.
Những Sự Kiện Sấm Sét Núi Lửa Nổi Bật
Trong lịch sử quan sát hiện đại, có hai vụ phun trào để lại ấn tượng đặc biệt mạnh với chúng tôi.
Ngày 15 tháng 1 năm 2022, núi lửa Hunga ở Tonga phun trào và tạo ra một cột khói, hơi nước cùng khí magma cao ít nhất 58 km. Theo nghiên cứu do nhà núi lửa học Alexa Van Eaton của USGS dẫn đầu, vụ phun trào sinh ra hơn 192.000 tia chớp, gồm gần 500.000 xung điện, và đạt đỉnh 2.615 tia chớp mỗi phút. Một số tia vươn lên độ cao từ 20 đến 30 km, chưa từng được ghi nhận trước đó.
Nguyên nhân nằm ở vị trí đặc biệt của nó. Magma phun xuyên qua vùng biển nông, làm nước biển bốc hơi và cuốn vào cột tro. Tại đó tro bụi, nước quá lạnh và mưa đá va chạm nhau, tạo điều kiện hoàn hảo cho sét. Các tia chớp còn xếp thành những vòng đồng tâm rộng khoảng 250 km, cưỡi trên các gợn sóng lan truyền trong đám mây. Nhóm nghiên cứu thừa nhận chưa từng thấy điều gì tương tự trong giông bão thông thường.
Vụ Eyjafjallajökull năm 2010 ở Iceland thì nổi tiếng vì tro bụi làm gián đoạn nghiêm trọng hàng không châu Âu. Núi lửa nằm dưới một sông băng. Khi băng tan, nước và băng trộn vào cột tro, tạo ra đúng kiểu cơn giông bẩn mà các nhà khoa học mô tả. Những bức ảnh tia chớp trong vụ phun trào ấy vẫn khiến chúng tôi xúc động đến tận bây giờ.
Sấm Sét Núi Lửa Giúp Theo Dõi Phun Trào Như Thế Nào?
Với ngành địa vật lý và khí tượng, sét núi lửa không chỉ đẹp mà còn rất hữu ích. Tia chớp phát ra sóng vô tuyến và ánh sáng nên có thể phát hiện từ rất xa gần như tức thì, kể cả khi vụ phun trào xảy ra ở nơi hẻo lánh.
Tại núi lửa Bogoslof ở Alaska giai đoạn 2016 đến 2017, Mạng lưới Định vị Sét Toàn cầu (World Wide Lightning Location Network) cùng một hệ thống khác đã phát hiện hơn 4.550 tia sét núi lửa trong 9 tháng. Nhờ đó các nhà khoa học xác nhận được những vụ nổ phun tro gần như theo thời gian thực. Nhưng chỉ 32 trong 70 vụ nổ tạo ra sét đủ để phát hiện, nên việc không thấy sét chưa chắc có nghĩa là không có tro.
Tại Hunga, dữ liệu sét còn hé lộ rằng vụ phun trào kéo dài ít nhất 11 giờ, thay vì một đến hai giờ như quan sát ban đầu. Kiến thức này giúp các cơ quan quản lý hàng không phát cảnh báo sớm hơn, giữ máy bay tránh xa đám tro có thể làm hỏng động cơ phản lực.
Kết Luận
Sấm sét núi lửa cho thấy cách cơ học chất lưu, nhiệt động lực học và điện học cùng vận hành trong một vụ phun trào. Từ những hạt bụi va chạm vô hình sát miệng núi lửa cho đến những dải chớp xé toạc bầu trời cao hàng chục kilomet, hiện tượng này nhắc chúng tôi rằng bên dưới lớp vỏ Trái Đất luôn ẩn chứa một nguồn năng lượng khổng lồ. Hiểu rõ nó không chỉ làm đầy kiến thức về khí quyển mà còn giúp con người dự báo sớm hơn, bảo vệ cộng đồng trước những cơn thịnh nộ của tự nhiên. Và bạn có từng suy nghĩ rằng một tia chớp nhỏ cũng có thể kể lại cả câu chuyện của một ngọn núi lửa?
Nguồn tham khảo:
USGS: Tonga's Hunga eruption produced the most intense lightning ever recorded
