Dinamika przepływu piroklastycznego: gęstościowy przepływ, który wyprzedza wszystko

Zawiesina grawitacyjna, a nie eksplozja przemieszczająca się poziomo

Pyroklastyczny pływ jest bardziej precyzyjnie nazwany zawiesiną gęstościową pyroklastyczną. Jest to mieszanka ciepłego gazu wulkanicznego, popiołu i kawałków kamieni, która porusza się z powodu grawitacji, ponieważ ta mieszanka jest gęstsza niż otaczające ją powietrze, a nie dlatego, że jest propelniona na zewnątrz przez pierwotne wybuchowe działanie. Gdy zaczyna się poruszać, zachowuje się jak kombinacja lawiny i płynu: gęsta na dole, bardziej rozpuszczona i turbulentna w powiewowej chmurze nad nią, a zdolna do utrzymania się na długich odległościach, ponieważ siła propelnująca, działająca z powodu grawitacji na gęstą zawiesinę, nie kończy się tak jak pociągawka eksplozji początkowej.

Dwa sposoby na rozpoczęcie

Pierwszy spustoszenie to zawał kolumny erupcyjnej: kolumna popiołu i gazu typu Plinianego podnosi się, dopóki nie jest mniej gęsta niż otaczający ją powietrze, ale jeśli prędkość erupcji jest za wysoka lub za niska, aby ten zasięg był utrzymywany, część lub cała kolumna może stracić siłę podnoszącą i zawałić pod wpływem grawitacji, rozprzestrzeniając się w każdym kierunku z wyjścia jako przepływ gęstościowy. Drugi to zawał dworku lub bocznej ściany: aktywnie rosnący dwork poprzeczny, lub nachylona fronta gęstego przepływu, może stać się niezestawionym do grawitacji i nagle zacząć działać, wysyłając ciepłe kamienie w formie avalanchi po dolnej stronie, co generuje bezpośrednio piroklastyczny przepływ bez formationu wysokiej kolumny erupcyjnej — mechanizm zaistniający podczas katastrofy Mont Pelée z 1902 roku i wybuchu Unzen w 1991 roku.

Fluencyzacja: dlaczego ciepły gaz utrzymuje ruch

Stos pycnej popiołowej i kawałków kamieni by prosto spadł, jak przeskok góry, i zatrzymał się szybko dzięki siłom tarcia. Fluoryzacja nie występuje w przepływie piroklastycznym, ponieważ ciepły gaz zamknięty między cząsteczkami, a ciągle generowany przez interakcję ciepłych cząsteczek z powietrzem i dowolną wilgocią na trasie, stale ucieka w górę przez mieszaninę. Ten proces, fluencyzacja, efektywnie podnosi cząsteczki od siebie, znacznie zmniejszając tarcie wewnętrznego i pozwalając całemu przepływowi zachowywać się jak prawdziwe ciecz, a nie jako granularne przeskok góry — co jest fizyczna przyczyną, dla której te przepływy mogą pokryć kilka kilometrów łagodnej terenowej, na której pycny przeskok kamieni by nigdy nie mógł przejść.

driving force   ~ (rho_flow - rho_air) * g * sin(slope) * thickness
resisting force ~ effective friction, sharply reduced by gas fluidisation

  fluidisation keeps effective friction low as long as pore gas pressure is
  maintained; the flow decelerates fast once fluidisation is lost (usually
  where the slope flattens and the current starts to deposit its load)

Szybkość, temperatura i dlaczego strategia przetrwania polega na ewakuacji, a nie ucieczce

Przemyślenia polowe i modelowanie rzeczywistych przepływów zapisują prędkości od kilkudziestu kilometrów na godzinę do ponad 200 kilometrów na godzinę dla najbardziej ekstremalnych wydarzeń, przy tym temperatury wewnętrzne są często w zakresie kilkuset stopni Celcjusza. W takich prędkościach i temperaturach nie ma możliwości outrunning przepływ już po jego rozpoczęciu, co jest powodem dla czego planowanie zagrożeń wulkanicznych wokół stratożwanych wulkanów skupia się wyłącznie na mapowaniu prawdopodobnych ścieżek przepływu i ewakuacji ludzi przed wybuchem, a nie na jakikolwiek rodzaj ucieczki w momencie wydarzenia.

Często zadawane pytania

Wypróbuj na żywo

Wszystko powyżej działa bezpośrednio w Twojej przeglądarce — otwórz Pyroclastic Flow Dynamics i zmieniaj parametry podczas działania. Nic nie jest instalowane ani przesyłane na serwer, cały model działa w jednej karcie.