น้องเอก-จตุพร สอบถามผมว่า ทำไมเวลาภูเขาไฟระเบิด บางทีมีฟ้าผ่าด้วย?

 

พอดีผมได้เขียนอธิบายประเด็นนี้เป็นบทความลงตีพิมพ์ใน นสพ.กรุงเทพธุรกิจ

เซ็คชั่น จุดประกาย เสาร์สวัสดี คอลัมน์ Event Horizon เมื่อไม่นานมานี้

 

จึงขอนำมาลงไว้ให้เพื่อนๆ ชาว GotoKnow ได้อ่านกันครับ

 

---

 

ภูเขาไฟ…เหตุไฉนมีฟ้าผ่า?

ดร.บัญชา ธนบุญสมบัติ

สำนักงานพัฒนาวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีแห่งชาติ (สวทช.)

[email protected]
http://portal.in.th/buncha

ใครที่ได้เห็นภาพภูเขาไฟ เอ-ยา-ฟแยต-ลา-โย-คูลล์ (Eyjafjallajokull) [ดูวิธีการออกเสียงที่ถูกต้องได้ที่บันทึก abc News : ภูเขาไฟ Eyjafjallajökull ออกเสียงว่า EYE-a-fyat-la-jo-kutl] ที่ไอซ์แลนด์ขณะเกิดการปะทุ อาจจะสังเกตเห็นว่าบางภาพมีฟ้าผ่าอันน่าตื่นตาตื่นใจเกิดขึ้นร่วมด้วย  

 

ฟ้าผ่าที่เกิดร่วมกับการระเบิดของภูเขาไฟเอยาฟแยตลาโยคูลล์ ที่ไอซ์แลนด์
เมื่อวันที่ 17 เมษายน พ.ศ. 2553

[ดาวน์โหลดภาพความละเอียดสูง]

 

ฟ้าผ่าที่เกิดจากเถ้าธุลีภูเขาไฟเอยาฟแยตลาโยคูลล์

[ดาวน์โหลดภาพความละเอียดสูง]

 

ปรากฏการณ์ฟ้าผ่าที่เกิดจากภูเขาไฟ (volcanic lightning) นี้เกิดขึ้นหลายครั้งแล้ว โดยหากนับย้อนหลังไปราวสองร้อยปี จะพบว่ามีการบันทึกเหตุการณ์ฟ้าผ่าที่เกิดขึ้นพร้อมกับการปะทุของภูเขาไฟรวมแล้วกว่า 150 ครั้ง

ฟ้าผ่าร่วมกับภูเขาไฟระเบิดที่ชิลี ปี ค.ศ. 2008

 
ในกรณีทั่วไป ฟ้าผ่าเป็นการปลดปล่อยประจุไฟฟ้าในอากาศจากบริเวณหนึ่งไปยังอีกบริเวณหนึ่ง โดยเริ่มต้นจากการแยกตัวของประจุบวกและประจุลบ เรียกว่า การแยกประจุ (charge separation)  หากแต่ละบริเวณมีประจุสะสมอยู่ในปริมาณมาก ก็จะทำให้เกิดความต่างศักย์สูงมากจนทำให้อิเล็กตรอนเกิดการเคลื่อนที่ฝ่าอากาศซึ่งเป็นฉนวนออกไปได้

สำหรับฟ้าผ่าที่เกิดจากเมฆฝนฟ้าคะนองซึ่งเราคุ้นเคยกันนั้น อนุภาคต่างๆ ภายในเมฆ เช่น หยดน้ำ ผลึกน้ำแช็ง และฝุ่นละออง จะเกิดการเสียดสีกันจนเกิดประจุ อนุภาคที่เสียอิเล็กตรอนจะมีประจุบวก (เนื่องจากอิเล็กตรอนมีประจุลบ) ทั้งนี้บริเวณยอดเมฆจะเป็นที่สะสมของประจุบวก ส่วนบริเวณฐานเมฆจะเป็นที่สะสมประจุลบ

ดังนั้น ฟ้าผ่าจึงอาจเกิดขึ้นระหว่างยอดเมฆกับฐานเมฆ (เรียกว่า ฟ้าผ่าภายในก้อนเมฆ) หรือระหว่างยอดเมฆของเมฆก้อนหนึ่ง (ประจุบวก) กับฐานเมฆของเมฆอีกก้อนใกล้ๆ กัน (เรียกว่า ฟ้าผ่าระหว่างก้อนเมฆ) ส่วนพื้นดิน (หรือพื้นน้ำ) จะถูกเมฆเหนี่ยวนำให้มีประจุ จึงทำให้เกิดฟ้าผ่าจากเมฆสู่พื้น (หรือจากพื้นสู่ฟ้า) ได้นั่นเอง

แผนภาพแสดงการเกิดฟ้าผ่าในเมฆฝนฟ้าคะนอง

สำหรับฟ้าผ่าที่เกิดจากภูเขาไฟมีอย่างน้อย 2 แบบ ได้แก่

         (1) ฟ้าผ่าที่เกิดจากกลุ่มเถ้าธุลีภูเขาไฟ

         (2) ฟ้าผ่าที่เกิดขึ้นขณะภูเขาไฟเริ่มปะทุ

ฟ้าผ่าที่เกิดจากภูเขาไฟแบบแรกนั้นเชื่อกันว่ามีกลไกคล้ายกับฟ้าผ่าที่เกิดจากเมฆฝนฟ้าคะนอง กล่าวคือ อนุภาคต่างๆ ในฝุ่นควันจะเกิดการเสียดสีกันจนเกิดประจุสะสมในทำนองเดียวกับพฤติกรรมของอนุภาคในเมฆ
        

---

กลการการเกิดฟ้าผ่าในฝุ่นควันของภูเขาไฟระเบิด        

แผนภาพใกล้ๆ นี้แสดงการเกิดฟ้าผ่าที่มาพร้อมกับภูเขาไฟระเบิด ในขั้นแรก ฝุ่นผงและอนุภาคต่างๆ ในฝุ่นควันมีสภาพเป็นกลางทางไฟฟ้า (ภาพหมายเลข 1) 

  

แต่เนื่องจากฝุ่นผงและอนุภาคเหล่านี้เคลื่อนที่อย่างสะเปะสะปะ จึงปะทะกันอยู่ตลอดเวลา ทำให้อิเล็กตรอนบางตัวหลุดออกจากฝุ่นผงหรืออนุภาค ฝุ่นผงที่สูญเสียอิเล็กตรอนไปนี้จะมีประจุเป็นบวก (ภาพหมายเลข 2)

 

ต่อมาจะเกิดการแยกประจุ กล่าวคือ ประจุลบไปออรวมกันอยู่ที่บริเวณหนึ่ง ในขณะที่ประจุบวกไปออรวมกันอยู่ในอีกบริเวณหนึ่ง (ภาพหมายเลข 3) สาเหตุที่ทำให้ประจุเกิดการแยกบริเวณนี้ยังไม่ทราบแน่ชัด แต่กลไกหนึ่งที่เป็นไปได้ก็คือ ประจุบวกอาจจะสะสมอยู่บนอนุภาคที่มีขนาดใหญ่และมีน้ำหนักมาก จึงมีแนวโน้มที่จะถูกแรงโน้มถ่วงดึงลงมาอยู่ใกล้พื้นมากกว่า

การที่ประจุอยู่แยกกันนี้ทำให้เกิดความต่างศักย์ไฟฟ้า หากมีประจุแยกกันในปริมาณมาก ก็จะทำให้ความต่างศักย์ไฟฟ้าสูงมากจนทำให้อิเล็กตรอนจำนวนมหาศาลไหลจากบริเวณหนึ่งไปยังอีกบริเวณอื่น การไหลของอิเล็กตรอนคือกระแสไฟฟ้า (ลบ) ซึ่งก็คือ ฟ้าผ่าในฝุ่นควันที่เกิดจากภูเขาไฟนั่นเอง (ภาพหมายเลข 4)

---

 

ส่วนฟ้าผ่าที่เกิดขึ้นขณะภูเขาไฟปะทุนั้นเพิ่งมีการค้นพบครั้งแรกเมื่อปี ค.ศ. 2006 (พ.ศ. 2549) โดยทีมวิจัยนำโดยโรนัลด์ โทมัส (Ronald Thomas) ซึ่งเป็นอาจารย์สอนวิศวกรรมไฟฟ้าที่สถาบันเหมืองแร่และเทคโนโลยีแห่งนิวเม็กซิโก (New Mexico Institute of Mining and Technology) ในเดือนมกราคมปีดังกล่าว ทีมวิจัยได้ใช้อุปกรณ์ตรวจจับคลื่นวิทยุที่เกิดจากฟ้าผ่าในการปะทุของภูเขาไฟออกัสติน (Mount Augustine) ซึ่งอยู่ที่อลาสกา

เดิมทีนั้นเชื่อกันว่า ฟ้าผ่าที่เกิดจากภูเขาไฟมีรูปแบบคล้ายฟ้าผ่าที่เกิดจากเมฆฝนฟ้าคะนอง กล่าวคือ สายฟ้าแตกกิ่งก้านสาขาอย่างมากและคงอยู่ราวครึ่งวินาที แต่ผลการศึกษาที่พวกเขาพบแตกต่างออกไป กล่าวคือ ในช่วงที่ภูเขาไฟเริ่มปะทุและยังไม่มีกลุ่มฝุ่นควันพ่นออกมานั้น ได้พบฟ้าผ่าแบบใหม่ที่บริเวณปากปล่องภูเขาไฟ โดยฟ้าผ่าแบบนี้เกิดขึ้นอย่างต่อเนื่องเป็นห้วงสั้นมากๆ แค่ไม่กี่มิลลิวินาที (1 มิลลิวินาที = 0.001 วินาที หรือหนึ่งในพันส่วนของวินาที)

เป็นไปได้ว่า ฟ้าผ่าแบบที่สองซึ่งเกิดขึ้นขณะที่ภูเขาไฟเริ่มปะทุนี้เองที่อาจใช้เป็นสัญญาณเตือนว่าภูเขาไฟลูกหนึ่งๆ จะเกิดการระเบิดหรือไม่ หากเราเข้าใจธรรมชาติของฟ้าผ่าแบบนี้ดีเพียงพอ

---

 

ปิดท้ายขอชวนไปดูคลิปใน YouTube ซะหน่อย

 

ภูเขาไฟในฮาวายปะทุ มีฟ้าแลบแว้บๆ ในกลุ่มควัน

(ฟ้าแลบก็คือฟ้าผ่าในกลุ่มควัน คือ เรามองไม่เห็นสายฟ้าเป็นเส้น เห็นแต่แสงที่ "แลบ" ออกมา)

---

ขุมทรัพย์ทางปัญญา

• How does volcanic lightning form? ที่ http://www.groundtruthtrekking.org/blog/?p=850 
• Volcanic Lightning, Eyjafjallajokull, and how it works ที่ http://scienceblogs.com/startswithabang/2010/04/volcanic_lightning_eyjafjallaj.php
• สำหรับภาพฟ้าผ่าขณะภูเขาไฟ Eyjafjallajokull  ระเบิด สามารถชมได้ที่ http://fiveprime.org/hivemind/Tags/eyjafjallajokull,lightning

 

---

ประวัติของบทความ

• ตีพิมพ์ครั้งแรกใน นสพ.กรุงเทพธุรกิจ เซ็คชั่น จุดประกาย เสาร์สวัสดี คอลัมน์ Event Horizon วันเสาร์ที่ 8 พฤษภาคม 2553
• นำลงใน GotoKnow เพื่อตอบคำถามของน้องเอก-จตุพร และเพื่อประโยชน์สาธารณะ

---