Hvers vegna er móðan frá eldstöðvunum í Holuhrauni blá?

Nafn þitt

Netfang þitt

Netfang móttakanda

Ruslpóstvörn =

Svar

Hvers vegna er móðan frá eldstöðvunum í Holuhrauni blá?
Skýring á þessu fyrirbæri er snúin, og fljótt á litið virðist málið mótsagnakennt.

Þetta fjallar um þann skrítna eiginleika gastegunda að sýna litasvörun við hvítu ljósi í þunnu formi (við lágan þrýsting/hlutþrýsting) en verða litlausar við hærri þrýsting eða remmu.

Bláa blæinn á móðunni frá gosinu í Nornahrauni, himinblámann og blámann sem fjarlægðir gefa fjöllunum, má rekja til fyrirbæris sem kallast Rayleigh-ljósdreifing.

Til að framkalla Rayleigh-ljósdreifingu þarf agnir sem

• hafa aðra rafsvörunareiginleika en umhverfið
• eru miklu minni að þvermáli en öldulengd sýnilegs ljóss
• eru með þéttleika sem er minni en ein ögn á öldulengdartening.

Með hugtakinu öldulengdarteningur er átt við teningslaga rúmmál með hliðarlengd ein öldulengd sýnilegs ljóss.

Að þessum skilyrðum uppfylltum drekkur hver ögn í sig hluta af orku ljósgeisla sem fer um svæðið, og endurgeislar þessari orku aftur á sömu öldulengd, jafnt í allar áttir.

Ísogsstyrkurinn og þar með líka geislunarstyrkurinn er mjög breytilegur með öldulengd. Hann fylgir 1/λ⁴ mynstri, þar sem λ (lambda) er öldulengd ljóssins. Ljósdreifing á bláu ljósi (λ ≅400nm) er því 9 sinnum kröftugri en dreifing á rauðu ljósi (λ≅700nm) í hinum enda sýnilega litrófsins.

Þannig gefur Rayleigh-ljósdreifing bláan blæ þegar horft er þvert á stefnu til ljósgjafa (samanber himinblámi), en rauðleitan blæ þegar horft er til ljósuppsprettunnar (samanber sólarlag). Rauðar ljóseindir halda stefnu upprunalega geislans betur en þær bláu.

Með hærri þéttleika en ein ögn á öldulengdartening fylgir stefnuvirkni endurgeislunar og ljósdreifing þvert á upprunalega stefnu minnkar. Ef þvermál agnanna verður stærra en öldulengd sýnilegs ljóss hverfur næmni ljósdreifingarinnar fyrir öldulengd, og dreifingin verður hvít eða gráleit eins og við upplifum samsafn örsmárra vatnsdropa í loftinu, sem við köllum ský. Þá er talað um Mie-ljósdreifingu.

Í gosmekkinum eru öskuagnir, nitur (N₂), súrefni (O₂), vatnsgufa (H₂O), koltvísýringur (CO₂) og brennisteinstvíildi (SO₂). Aðeins það síðastnefnda fullnægir skilyrðum um Rayleigh-dreifingu; smæð og lítinn þéttleika, og gefur móðunni bláleita blæinn. Vatnsgufan leitar fljótt í vökvafasa og myndar dropa sem gefa Mie-ljósdreifingu sem ásamt ljósísogi öskunnar gefur gráleitt útlit.

Tölur um þéttleika SO₂ í gosmóðu sem leggur yfir byggð hafa verið frá nokkrum hundruðum til tuga þúsunda míkrógramma á hvern rúmmetra. Styrkur sem nemur 1000 míkrógrömmum á rúmmetra samsvarar um það bil einni SO₂ sameind á öldulengdartening. Bláminn sem Rayleigh-dreifingin gefur kemur því frá jöðrum móðu, sem inn við miðju er rammari en 1000 míkrógrömm á rúmmetra, en þynnri móða er gegnblá.

Þegar frá líður hvarfast SO₂ við vatn og súrefni og myndar brennisteinssýru. Hún leysist upp í vatnsdropum og móðan missir við það bláa blæinn og verður gráleit af Mie-ljósdreifingu og ísogi.

Himinbláminn kemur úr efstu lögum andrúmsloftsins þar sem þéttleiki N₂ og O₂ er hæfilegur fyrir Rayleigh-ljósdreifingu.

Bláminn sem fjarlægðin gefur fjöllunum verður ekki skýrður með lágum þéttleika agna því við 1 bar þrýsting er sameindaþéttleikinn í grennd við 10⁶ á öldulengdartening. En sveiflur í þéttleikanum mynda ójöfnur í rafsvörunareiginleikum sem nægja fyrir Rayleigh-dreifingu.

Rétt er að nefna að stafrænar myndavélar eru næmari fyrir bláa litnum en augu okkar og ýkja því blámann.

Mynd:

• Roiling Flows on Holuhraun Lava Field : Image of the Day - Earth Observatory. (Sótt 30. 10. 2014).

...