Volkanik yıldırım veya kirli fırtına, bilim adamlarının da tam olarak anlamadığı nadir bir doğa olayıdır. Konunun anlaşılması için sade bir tanımlama yapmak gerekirse; volkan patlaması gerçekleştiği süreçteki farklı yüklü bulutların arasında oluşan yük geçişleri şimşek ve yıldırımlar oluşturur. Buna volkanik yıldırımlar denir. Normal bir fırtınada, buz kristalleri içeren yağmur bulutları pozitif ve negatif yüklere sahiptir. Bu iki yük çarpıştığında bulut içinde dev bir kıvılcım ateşlenir, şimşek görünür ve gök gürültüsü olarak duyulur. Bilim adamları, volkanik kül partiküllerinin kendilerinin elektrik yüklü olduklarına ve püskürmelerden kaynaklanan kuvvetle havaya projeksiyonlarının çarpışmalarına neden olduklarını ve bunun sonucunda elektriksel deşarjların meydana geldiğine inanmaktadır
İnsanlığın doğumundan bu yana, insanların şimşek ve volkanlardan etkilendiği bilinir. Volkanik yıldırım ve kirli fırtına, doğanın gözlemlenen en acımasız ve muhteşem olaylarından biridir ve ikisini birden birlikte görmek mucizedir. Ancak bu bir tesadüf değil, doğanın bize sunduğu harika bir görsel şölendir. Volkan küllerinin bazen yıldırımla ilişkilendirilmesinin iyi bir nedeni vardır. Birkaç farklı doğa olayı, şiddetli bir fırtınanın sade güzelliği ve yıkıcı gücü ile rekabet edebilir, özellikle şiddetli bir volkanik patlama için tasarruf sağlayabilir. Ancak bilinmelidir ki doğanın bu iki gücü çarpıştığında, ortaya çıkan gösteri diğer doğa olaylarına meydan okuyacak kadar gösterişlidir.
Küçük püskürmeler, küçük kül bulutlarının arasından tespit edilmesi zor olabilen daha küçük fırtınalar ile birlikte olma eğilimindedir. Üstelik şimşek aktivitesi, patlamanın başlangıcında en yüksek seviyededir ve fotoğraf çekimini zorlaştırır. Büyük bir volkanik olayı herhangi bir aşamasında fotoğraflamak oldukça zordur. Alman fotoğrafçı Martin Rietze göre eğer patlama olduğunda yakınlarında değilseniz her zaman çok geç kalacaksınız diyor. Daha yakın bir zamanda, 19. yüzyılın ortalarında, ünlü jeofizikçi ve meteorolog Luigi Palmieri Vesuvius’un birkaç patlamayı belgeleyerek yıldırımın onlara eşlik ettiğini belirtmiştir. Volkanik şimşek çekimini zorlaştıran faktörlerinde aynı şekilde çalışılmaları da zorlaştırdığı ortaya çıktı.
Bilimsel gözlemin ilk organize girişimi 1963 yılında İzlanda’nın Surtsey patlama sırasında yapıldı. Araştırma daha sonra Mayıs 1965 tarihli bir derginin sayısında “Atmosferik elektriğin ölçülmesi ve görsel ve fonografik gözlemler, elektriksel aktivitenin yanardağdan büyük bir pozitif yük taşıyan malzeme atmosferine, fırlatılmasından kaynaklandığına inanmamıza neden oldu.” dedi.
Araştırmacılara göre ileri sürülen bir hipotezde, volkanik yıldırım yükün ayrılmasının sonucudur. Bu doğa olayında yukarı kaldırdığı olumlu elektrik yükü dışarı püskürtülür, zıt ve ayrılmış olan elektrik yükleri dışarı çıktığı anda bölgelerini şekillenir. Bir şimşeğin, doğanın yük dağılımını dengeleme yöntemi olduğu çok net bir düşüncedir. Aynı şey normal eski fırtınalarda da yaşandığı düşünülmektedir. Peki volkanik yıldırımı farklı yapan nedir?
Surtsey’in Kasım 1963’te volkanik patlaması 50 yıla yakın bir zaman sonra ortaya çıkmıştır. O zamandan beri, sadece birkaç çalışma, volkanik patlamaların gözlemlerini yapmayı başardı. Bu çalışmaların en önemlilerinden biri, araştırmacıların 2006’da Alaska dağı Augustine yanardağında yapılan çalışmadır. Bu çalışmada, yanardağ kraterinden daha önce bilinmeyen bir yıldırım çarpması tespit etmek için radyo dalgaları kullanıldı ve bu çalışma 2007’de yayınlandı. Çalışma National Geographic dergisinin yazar J. J. Thomas ile 2007 de yaptığı röportajında, patlama sırasında, muhtemelen kraterin ağzından gelen ve yanardağdan çıkan kül sütununa giren çok sayıda küçük şimşek veya büyük kıvılcımların olduğunu belirtmiştir. Ayrıca, patlama sırasında çok fazla elektriksel aktivite olduğunu ve yanardağın tepesinden bulutlara kadar giden bazı küçük parlamalar bile olduğunu, bunun daha önce fark edilmediğini anlatmıştır.
Gözlemler, patlamanın 1963 hipotezini destekleyerek büyük miktarda elektrik yükü ürettiğini gösteriyor, ancak yeni tanımlanan yıldırım ilginç bir bilmeceye neden oldu. Bu yükler tam olarak nereden geldiği sorusuna, Thomas, volkanın dışına çıkıp çıkmadığından ya da daha sonra mı oluştuğundan emin olmadıklarını açıklıyor. Bulunması gereken olaylardan birinin de, bu yükü nedeni bulmak olduğunu belirtti.
2007’den beri az sayıda çalışmalar, patlayan en az iki tür volkanik yıldırımın var olduğu sonucuna varmıştır. Biri patlayan bir volkanın ağzında gerçekleşir, diğeri ise yükselen bir külün tepelerinden püskürür. İkinci örneği, 2011’de, Şili’deki Puyehue-Cordón Caulle volkanik kompleksinin üzerinde gerçekleşmiştir. Jeofizik dergisinin 2012 tarihli bir makalesinde yayınlanan bilgilerde, en büyük volkanik fırtınalarla bile rekabet edebileceğini ortaya koyuyor.
2007 yılında Thomas’ın ekibi tarafından ortaya atılan bir hipotez, bir patlama sırasında atılan magma, kaya ve volkanik külün, volkanın açılışının yakınında elektrik çarpması meydana getiren, daha önce bilinmeyen bir süreç tarafından elektriksel olarak yüklendiğini ortaya koyuyor. Bir diğeri ise atmosferde yüksek enerjili hava ve gazın daha soğuk parçacıklarla çarpıştığında volkanın en üstünde kollu bir yıldırım oluştuğunu söylüyor. Diğer hipotezler, yine de yükselen su ve buzla kaplı kül parçacıkları anlamına gelir.
Jeolog Brentwood Higman, göre bu süreç, bir çarpışmadan sonra veya daha büyük bir parçacık ikiye bölündüğünde, parçacıklar ayrıldığında başladığını söylüyor. Bu parçacıkların aerodinamiklerinde bir miktar farklılığa neden olur ve pozitif yüklü parçacıkların sistematik olarak negatif yüklü parçacıklardan ayrılır. Bu süreçle ilgili heyecan verici şey, aerodinamikteki farklılıkların, çeşitli potansiyel şarj kaynakları (magma, volkanik kül, vb.) İle birleştiği, aslında henüz gözlemlenen volkanik yıldırım türlerinin olabileceğini öne sürmesidir. Florida Üniversitesi Yıldırım Araştırma programının eş direktörü Martin Uman, NatGeo’ya 2007’de her volkan aynı olmayabilir fikrini yinelemiştir.
2008 yılında yapılan çalışmadaki bulgulara göre, yaklaşık %27-35 oranında yılda bir kez volkan patlaması olduğu varsayılarak volkan başına düşen yıldırım eşlik etmektedir. Aynı çalışma 80 farklı volkan etrafındaki 200 kayıtlı volkanik yıldırım örneği üzerinde kaydedilmiştir. Bunun nedeni üzerine fikir yürüten araştırmacılar, uzun zamandan beri volkanik patlamanın bir şekilde volkanın etrafındaki havanın elektriksel özelliklerini değiştirdiğinden şüphelendiklerini açıklamış, fakat bu mekanizma son zamanlarda doğru bir şekilde açıklığa kavuşturulamadığını belirtmişlerdir.
Yıldırım Nedir?
Yıldırım, temel olarak ani bir atmosferik elektrostatik boşalmadır. Bir bulutun iki alanı arasında, iki farklı bulut arasında veya en tanınan şekilde bir bulut ile yer arasında yaşanabilir. Yıldırımın ardındaki ana itici güç, hızlı hava çekişi ve25 santigrat derece arasındaki düşük sıcaklıkların bir kombinasyonudur. Hava akımı ve soğuk havanın bu kombinasyonu süper soğutulmuş bulut damlacıkları (donma noktasının altındaki küçük su damlacıkları), küçük buz kristalleri ve graupel (yumuşak dolu) üretir.
Bu parçacıklar çok farklı hareket ettiğinden, genellikle çarpışırlar. Yükselen buz kristalleri düşen graupel ile çarpıştığında, buz kristalleri pozitif olarak yüklenir ve graupel de negatif olarak yüklenir. Sonuç olarak, bulutun üst kısmı pozitif, alt kısmı ise negatif olarak yüklenir ve elektriksel deşarj için mükemmel koşulları oluşturur. Dünya’da yıldırımın saniyede 40-50 kez çarptığı ve yılda yaklaşık 1,4 milyar parlamaya denk geldiği tahmin ediliyor. Yanıp sönme yaklaşık 0,003 saniye ile 0,2 saniye arasında sürer.
Volkan Nedir?
Dünya kabaca bir çekirdeğe, bir tabakaya ve bir dış kabuğa bölünebilir. Kabuk geçirimsiz bir tabaka değildir, ancak tektonik levhalar dediğimiz birkaç parçaya bölünmüştür. Tektonik plakaların kenarlarında (ve kabuktaki diğer bazı noktalarda), mantodan magma gezegenin yüzeyine doğru akabilir. Bir volkan aslında gezegenin yüzeyinde magmanın kaçmasına izin veren bir yırtılmadır. Bununla birlikte, magma kendiliğinden dışarı akmaz, tipik olarak volkanik kül ve gazlar eşlik eder ve burada volkanlar ve şimşek arasındaki bağlantının anahtarı yatıyor.
2008’de, dünya genelinde 72 volkan patladı ve bu sayı ortalamanın biraz üzerindedir. 2009 yılında, Redoubt Dağı Alaska’da özgür bırakılırken bir başka örnekte Japonya’nın Asama Dağıdır. Bu dağda faliyete geçen volkanın külleri Tokyo’ya yağmıştır. Tonga’da ise bir denizaltı yanardağının yüzeyini kırıp hızlı bir şekilde bir ada oluşturmaya başladı. Ancak bunların hiçbirinin Jeolojik tarihte top 10 volkan listesine girmesi muhtemel değildir. Bunların çoğu, tehlike açısından en az bir kıtada farklı belirtilerin ardından meydana gelir. Bilinmesi gereken en büyük, en kötü yanardağların her yerde ve her zaman patlayabileceğidir. Dünya’da 10 büyük volkan patlaması olmuştur. Bu patlamalar önem sıralamasına göre azdan çoğa doğru sıralanmıştır.
1.Ontong Yanardağı -Java Platosu/Güney Pasifik: Bu hiç duyulmamış en büyük volkandır. 125 milyon yıl önce patlak verdiğinde, güney Pasifik Okyanusu’nun 30 kilometre derinliğindeki bazı bölgelerine Alaska büyüklüğündeki bir bazalt kaplamıştır. O kadar büyüktür ki, patlamanın 6 milyon yıl sürdüğü düşünülüyor. Bilim adamları bu tür volkanlara büyük bir magmatik eyalet (LIP) diyor. Son derece gizemlidirler ve dünyanın çekirdeğinin yakınında, mantoda binlerce mil uzakta bulunan büyük miktarlarda sıcak magma oluştuğunda ortaya çıkıyorlar. LIP’lerin devasa patlamalarda mı patlak verdiğine ya da sadece büyük miktarda lav lavabosuna sızıp sızmadığına dair birçok tartışma vardır. Her iki durumda da kitlesel yok oluşların bunlardan biri patladığında ortaya çıkma eğilimi vardır, bu yüzden muhtemelen eylemde hiç görülmeyen bir şeydir.
2.St Helens Yanardağı–Washington/ABD: 18 Mayıs 1980, Washington eyaletinde kötü bir gün olarak kayda geçmiştir. 100 yılı aşkın bir süredir sessiz kalan pitoresk 9,677 fitlik zirve, Nisan ayının sonunda şişmiş, titreyen bir kaya ve magma kabarcığına dönüşmüştür. Pazar sabahının erken saatlerinde patlamış ve ateş külleri sese yakın hızda kuzeye doğru fırlamıştır. Herkes öğrendiğinde ve gerekenler yapıldığında neredeyse 3 milyar dolar zarara uğratmış ve patlamada 57 kişi ölmüştür. Aynı zamanda lavları ve külleri dağın yüksekliğinden 1.314 feet ileri fırlayarak, içinden yanan bir kratere dönüşmüştür. Bu, Birleşik Devletler tarihinin en ölümcül volkanik patlamasıdır.
3.Grimsvotn Yanardağı/İzlanda: Bu yanardağın patlamasına kimse patlama demez ve sıcak magmanın buzla karışması gibi bir olay olarak nitelendirmez. Çünkü; en son 2004 yılında patlayan Vatnajokull buzulunun altına gömülü bir volkan olan Grimsvotn’da sık görülen bir durumdur. Grimsvotn her patladığında, su buzları altında biriken çok büyük miktarlarda sıvı su biriktirinceye kadar yükselir. “jokulhlaups” denilen buzul ve felaketli sellerde oluşturur. 1996 Grimsvotn patlamasının ardından gelen sel, saniyede 50.000 metreküp su tahliye etmiş ve onu dünyadaki en büyük ikinci nehir haline getirmiştir.
4.Mauna Kea Yanardağı–Hawaii/ABD: İçinde bulunduğu şiddetli volkanın sıcaklığı göz önüne alındığında, Mauna Kea oldukça soğuktur. Son 4.500 yıldır hareketsiz olan bu volkan şiddetli kasırgalarda bile hiçbir zaman patlayıcı olmamıştır. Çünkü Hawaii’deki volkanlardan çıkan lavlar, düşük viskoziteli bir bazalt bir nehir gibi sızmaya ve akmaya meyillidir. Burada ön planda karlı tepelerle gösterilen dağ, üzerinde bir sürü lav patlamıştır. Deniz seviyesinden sadece 13,796 metre yüksekte, ancak Pasifik’in dibindeki tabanından 33,476 metre yüksekliğinde, dünyanın en uzun dağı haline gelmektedir. Üst kısımları kayak yapmak için yeterli karlara sahiptir ve daha da fazlası, buzullar vardır.
5.Krakatau Yanardağı/Endonezya: 1883 yılında insanlık, Endonezya’daki bilim adamlarının “kaldera oluşturan bir patlama” dediği şeye tanık oldu. Sade İngilizcede buna dağılmış bir dağ deniyor. 200 mega patlayıcı gücünde, patlama şimdiye dek patlatılmış olan en büyük nükleer bombadan dört kat daha güçlüdür. Volkan ve ada aynı anda olduğundan, patlamanın Sunda Boğazı’nı sallaması ve 100 metre yüksekliğinde tsunami ve çıkan külün 25 mil uzağa karaya akması sonrasında pek bir şey kalmamıştır. Patlama sonunda geriye kalan volkan, yeni bir ada olarak geri döndü (bir dizi daha küçük püskürmeler yoluyla) ve şu anda yaklaşık 1000 fit yüksekliktedir.
6.Ra Patera Io, Yanardağı/Jüpiter’in uydusu: Uzay araştırmaları sayesinde, en büyük volkanların listesi artık dünya ile sınırlı değildir. 1979 yılında Voyager uzay sondası şok edici bir keşifte bulundu. Jüpiter’in uydusu olan Io aktif volkanlarla doluydu. Ra Patera’nın anlık görüntüsünü alan Voyager’ın, dünya dışı aktif bir volkanın ilk defa keşfetti. Ama bu mantıklı gelmedi, Io, uzun zaman önce uzayın boşluklarında donmuş ve dünyanın ayı ile aynı büyüklükteydi. Peki, neden hala aktif olduğunu bilim adamları kısa süre önce öğrenmiştir. Jüpiter’in yoğun ağırlığı Io’nun iç kısımlarını çekmekte, uydunun kelimenin tam anlamıyla kendiliğinden yayıldığı ve tüm yüzeyine kükürt zengini lavlar döktüğü bir ısı yaratıyordu. Ancak büyük menfezler olan Loki ve Pele daha sonra keşfedilmiştir.
7.Santorini Yanardağı/Yunanistan: Santorini olarak bilinen beş adadan oluşan küçük gruba bakıldığında, orada bir zamanlar kötü bir şeyin olduğu belli olur. Aslında, tüm adalar birdir. Krakatau’dan yaklaşık 3.600 yıl önce daha büyük bir patlama sonra ayrılmıştır. Kalderanın her yöne doğru 30 mil kalınlığında kül yatakları bulunmuştur. Burada gösterilen yanardağ duvarı, kül katmanlarını, lav akıntılarını, piroklastik birikintileri ve diğer volkanik ürünleri görebilecek bir duvardır. Eski patlamanın “Kayıp Atlantis Şehri” hikayelerini doğurduğu ve belki de yakınlardaki Girit adasında Minoan uygarlığının çöküşünü hızlandırdığı düşünülüyor.
8.Olimpos Dağı Yanardağı/Mars: Güneş sistemindeki en büyük volkan da en sessiz olanıdır. Arizona’nın büyüklüğü ve 90.000 fit yüksekliğe kadar, ancak bu nazik dev milyonlarca yıldır patlak vermemiştir. Bu patlama gerçekleştiğinde muhtemelen Mauna Kea’a çok benziyordu. Mars göklerine patlamak yerine sıvı kaya nehirlerini sızdırıyordu.
9.Tambora Yanardağı/Endonezya: Dünyadaki düzinelerce volkanlar yanında, büyük depremler, yıkıcı tsunamiler gibi endişelenecek pek çok jeolojik olay vardır. Sumbawa adasında büyük bir volkan olan Tambora Dağı da istisna değildir. Dağ 1815’te çok büyük bir kül bulutu üreten devasa bir patlama üretmiş, 1816 yazını Kuzey Amerika ve Avrupa’da kabusa çevirmiştir. Patlama da 70.000 ile 90.000 arasında insan ölmüş ve insanlık tarihinin en ölümcül volkan patlaması olmuştur.
10.Sibirya Tuzakları Yanardağı/Sibirya: Tıpkı Ontong-Java gibi bir LIP, Sibirya Tuzakları süpervantosunun belirgin bir farklılığı vardır Bu da, gezegenin gördüğü en ölümcül volkan olmasıdır. Tuzaklar, 250 milyon yıl önce Permiyen döneminin sonunda patlamıştır. Gezegenin şimdiye kadar gördüğü en kötü kitlesel tükenmedir. Dünyadaki tüm yaşamın yüzde 90’ı yok olmuştur. Yüzeydeki lavlar büyük kömür yataklarına sızmış ve devasa sıcaklıklarıyla kömürü fırlatmıştır. Ve atmosfere milyarlarca ton sera gazı göndermiştir. Bunu izleyen küresel ısınma felaketiyle dünyadaki yaşamın iyileşmesi milyonlarca yıl almıştır.
Kirli Fırtına
Yıldırımın gerçekleşmesi için, iki hava kütlesi arasında bir yük ayrımı yapılması gerekir. Yalnızca hava direncini güçlendirecek kadar büyükse, yıldırım biçiminde elektrik iletebilir. Volkanın külü elektrostatik olarak nötr de başlar, fakat sürtünme yoluyla, özellikle volkan içindeki ısı ve hareket varlığında, kül elektron akışını kolaylaştırabilir. Ve hava kütlelerinin birbirine göre hızla dolmasına izin verebilir.
Bir miktar benzer işlem, buz parçacıklarının hareket ettiği ve benzer bir olayı oluşturmak için çarpıştığı buz fırtınası ile gerçekleşir. Bu nedenle, esasen volkanik kül, elektriksel boşalmanın gerçekleşmesi için yolu açtığı zaman, “kirli fırtına” olarak adlandırılan volkanik yıldırım meydana gelir. İşlem aynı zamanda laboratuvarda deneysel olarak gerçekleştirilmiştir. Almanya’da yapılan yeni bir çalışma sonucunda araştırmacılar; yürütülen volkanik kül yıldırım oluşturulmasına yardımcı olabilir şeklinde açıklama yapmışlardır. Yanardağ püskürmesi (erüpsiyon) sırasında bir volkanın külü içinde oluşan triboelektrik şarj, en büyük elektriksel şarj mekanizmasıdır. Bununla birlikte, volkanik yıldırım hala aktif olarak araştırılan bir olgudur, farklı elemanların etkisi halen araştırılmaktadır.
Diğer Faktörler
Son zamanlarda yapılan birkaç çalışmada, volkanik şimşeklere neden olabilecek veya daha da şiddetlendirebilecek başka bir süreç tanımlamıştır. Bu süreç fraktoemisyondur. Fraktoemisyon, kaya parçacıklarının parçalanmasıyla yükün oluşmasıdır ve bu terim en azından 1980’lerden beri bilinmektedir. Volkanik bir püskürme sırasında çok fazla malzeme kırılması olması doğaldır, ancak bu işlemin püsküren havalandırmanın yakınındaki yıldırım oluşumu üzerindeki kesin etkisi belirsizliğini korumaktadır.
Bir diğer potansiyel elektrostatik yüklenme kaynağı radyoaktif yüklenmedir. Volkanik püskürmelerin tümü önemli miktarda radyoizotop taşıyabilen eriyik, kaya ve külü dışarı atar. Çalışmalar, bu tür bir tetikleyicinin etkisi konusunda yetersiz kalmakta, ancak patlama ne kadar büyükse, etkisi de o kadar büyük olacak gibi görünüyor.
Volkanik yıldırımı etkilediği görülen bir diğer faktör, patlamanın su içeriğidir. Sezgisel görünebilir ama volkanik püskürmeler büyük miktarda su içerebilir. Su içeriği arttıkça şimşek üretme olasılığı daha yüksek görünüyor. Bu mekanizma tam olarak anlaşılmamasına rağmen, korelasyon gösterilmiştir. Volkanik yıldırımın kış aylarında yazdan daha yaygın olması da bu hipotezi desteklemektedir.
Son olarak, küllerin yüksekliği de özellikle diğer faktörlerin etkisiyle ilgili olarak, volkanik şimşek oluşumunda önemli bir rol oynamaktadır. Spesifik olarak çalışmalar, uzun boylu kül eriyiklerinde (7-12 km), büyük su buharı konsantrasyonlarının yıldırım aktivitesinin ana itici gücü olduğunu gösterirken, daha küçük küllerde (4 km) fraktoemisyonun belirleyici faktör gibi göründüğünü göstermiştir.
Volkanik yıldırım yeterince muhteşem olmasa, aynı zamanda eşsiz bir kaya türü oluşturabilir. Yıldırım her türlü kaya ve çökeltiye çarptığında, bunları fulgurit denilen özel kaya türlerine dönüştürebilir. Ancak 30.000 ° C sıcaklığa ulaşabilen volkanik yıldırım, volkanik küreler adı verilen başka bir kaya türü yaratabilir. Bu kayalar yararlıdır çünkü doğrudan gözlemlenmemiş olsalar bile volkanik yıldırım için kanıt görevi görebilirler.
Volkanik yıldırım; muhteşem ve ender rastlanan bir doğa olayı olmasının yanında fotoğraflanmasının çok zor oluşuyla da ilgilenenler için odağı olmayı başarmıştır. Ve bu olay; bir kez daha doğanın; insan aklının alamadığı şaheserlere gebe olduğunun yegâne kanıtlarından biridir.
Kaynakça:
io9.gizmodo.com
seeker-com
zmescience.com
Yazar: Özlem Güvenç Ağaoğlu