Szybko poruszający się pył wulkaniczny niszczy stal
Cząstki pyłu wulkanicznego, choć pozornie nieszkodliwe, ze względu na dużą prędkość i działające siły mogą tworzyć maleńkie kratery uderzeniowe o średnicy kilku mikrometrów, na przykład na słupach podwórkowych tablic do gry w koszykówkę. Mimo towarzyszących im zagrożeń, skutki tego rodzaju fal uderzeniowych nie były dotąd dokładnie badane. Naukowcy uczestniczący w finansowanym przez UE projekcie SPAEX badali doświadczalnie przyspieszenie cząstek wulkanicznych skierowanych na elementy stalowe. Ich zadaniem było określenie mechanizmów i potencjalnych zagrożeń oraz poprawa strategii ograniczania szkód. Inspiracją dla badania były informacje o uszkodzeniach słupa stalowego, wyrządzonych przez kryształki i szkło (skały piroklastyczne) w aktywnym sejsmicznie regionie Meksyku w latach 80. ub. wieku. Wysokie prędkości, rzędu ponad 700 metrów na sekundę, nie należą do częstych w przypadku ruchu cząstek gazu blisko ziemi. Naukowcy przyjęli hipotezę, zgodnie z którą przyspieszenie cząstek wynika w tym przypadku z nagłego rozprężenia gazu (pary wodnej), w którym znajdują się cząstki. Aby zbadać prawdziwość tej hipotezy, zaprojektowano specjalny system testowy. Zbudowano pionową rurę uderzeniową pełniącą rolę bomby odłamkowej pod wysokim ciśnieniem, której nagła i szybka dekompresja napędza cząstki. Za pomocą szybkiej kamery i czujników ciśnienia naukowcy rejestrowali cały proces, od dekompresji po moment kilka milisekund po eksplozji. Mierzono prędkość i ciśnienie zarówno powietrza otoczenia, jak i powietrza nasyconego parą. Zaobserwowano większą prędkość cząstek oraz ich większe rozmiary, niż tego oczekiwano, a w efekcie zwiększenie ciśnienia w porównaniu z ciśnieniem bez obecności cząstek. Wskazuje to, że sprzężenie między gazem a cząstkami może powodować przyspieszenie cząstek, w tym tych większych. Projekt SPAEX dostarczył ważnych wiadomości na temat mechanizmów przyspieszenia cząstek przez fale uderzeniowe podczas erupcji wulkanicznych. Prace te są też dowodem na to, jak ważne są takie badania dla ograniczania potencjalnych szkód. Wiedza ta powinna umożliwić stworzenie dokładniejszych modeli i lepsze przewidywanie konsekwencji erupcji, z pożytkiem dla bezpieczeństwa publicznego.
Słowa kluczowe
Materiał wybuchowy, erupcje wulkaniczne, fale uderzeniowe, przyspieszenie cząstek, bomba odłamkowa pod ciśnieniem, sprzężenie gaz-cząstka, ograniczanie ryzyka
