Islandske askeskyer og flytransport – Niels Bohr Institutet - Københavns Universitet

Niels Bohr Institutet > Spørg om fysik > ? om Geofysik > Islandske askeskyer og...

30. maj 2011

Islandske askeskyer og flytransport

Hej Spørg om Fysik
Hvor høj er maksimumshøjden for de forskellige skytyper,
og hvordan kan en usynlig askesky lamme al lufttrafik 6000 km. fra det sted, hvor vulkanudbruddet finder sted? Der må være nogle meget kraftige sydenvinde, der i løbet af 2 dage kan flytte en askesky 6000 km sydpå.

Normalt skal man bruge meget stor kraft for at løfte "ting" op i 14 km højde. Kan et udbrud virkelig sende/slynge/hæve aske op de utrolige højder? Eller skal jeg have skolepengene retur?

Der bliver sagt mange, for mig, naturstridige ting, ang. tyngdekraft. Aske der er usynlig, aske der ikke falder ned igen...

Med venlig hilsen
B E

Det, at asken kommer op i 14 km's højde, eller mere, skyldes opdriften i skyen. Og den opadgående varme luft tager mange ting med sig, selv ret store partikler.

Opdriften skyldes, at luften er så varm, og dermed har lavere densitet end den kolde omgivende luft. Den stiger så opad med stor hastighed. Skyen ligner en paddehatsky fra en atombombe.

34 km høj paddehatsky fra vulkanudbrud

Paddehatskyer fra atombomber stiger også op i atmosfæren på grund af den opvarmede luftmasse (ildkuglen over 1 million grader). Den største brintbombe der nogensinde er sprængt, var Tsar bomba i USSR i 1961, som var på 50 MT sprængt på Novaya Zemlya. Paddehatskyen nåede ca. 62 km op over jordoverfladen, og ildkuglen, som var ca. 8 km i diameter, ville have givet omgående hudforbrændinger ca. 100 km væk.

En sådan paddehatsky tager også jord, støv mm., med op i stratosfæren (akkurat som en vulkansk sky), hvis ildkuglen er i berøring med jordoverfladen ved detonationen. Det giver ved sådanne våben så anledning til en radioaktiv nedfaldssky, der i sin opførsel helt ligner askeskyen fra en vulkan.

Varmluftsballon

Hastighed, højde og spredning af askeskyen

Skyen tager den lette aske og støv med, men selvfølgelig ikke egentlige sten. Sten og slagger bliver slynget ud i kasteparabler i de forholdsvis nære omgivelser. Jeg kan ikke give præcise tal for partikelstørrelsen.

Spredningen er ikke overraskende. Vinden er i de højder ofte tæt ved at være horisontal med hastigheder omkring 25 - 50 m/s, dvs. 2-5.000 km pr døgn. Undervejs sker der en dispersion, dvs. udbredning af skyen. Og langsomt opblandes den, og støvet flader med tiden ned.

Til sammenligning: Bemandede varmluftsballoner har nået højder på 21,027 km (2005), bemandede gasfyldte balloner med helium har nået højder på 34,7 km (1961), ubemandet 53 km (2002).

I vulkaner, kan der i visse tilfælde være tale om meget store mængder af materiale, der slynges helt op i 80 kilometers højde.

Hekla: Ved det store Hekla udbrud i 1947 har man beregnet at der blev slynget 75 000 kubikmeter lava, aske og slagger op pr. sekund i den første halve time.

Mount St. Helens i Amerika havde et stort udbrud i 1980. I alt blev der udslynger ca. 3.000.000 kubikmeter materiale i udbruddet. Paddehatskyen nåede til en højde af 20 til 27 km, og asken blev der grebet af en vandret vind på ca. 100 km/h og var derfor spredt over størsteparten af USA på mindre end et døgn.

Krakatau i strædet mellem Sumatra og Java eksploderede 26-27 august 1883. Eksplosionen svarede til et 200 MT brintvåben (4 gange det største, som er sprængt). Den sendte ca. 21 km3 klippe, lava og aske op.  Braget kunne høres ca. 3000 - 5000 km væk. Asken nåede en højde på 80 km. Chokbølgen blev målt til at løbe mindst 7 gange rundt om jorden. Det følgende år faldt gennemsnitstemperaturen med 1,2 ˚C på verdensplan. Man så i flere år grønlige sol op og nedgange (fra støvet i luften).

Vulkaner frigør også enorme mængder af CO2 (kuldioxid) og SO2 (svovldioxid). Det første kan give drivhuseffekt. Derimod bliver gassen SO2 omdannet til svovlsyrepartikler, altså dråber, og der er små og leve længe. De virker absorberende og reflekterende på sollyset, hvorfor Jorden mister energi. Det tager 1-2-3 år at fjerne svovlsyren fra stratosfæren. Man kunne også angive mængder her, EFTER omdannelsen: vi taler om flere hundreder millioner tons svovlsyre som muligt.

Pinatubo (Luzon, Filippinerne, 1991) blev 20. århundredes kraftigste vulkan i den sammenhæng.

Laki: Den Islandske vulkan Laki var et voldsomt i udbrud i 1783 (40 kratere, ca. 15 km3 lava kom op). Den spredte aske i atmosfæren (lavere gennemsnitstemperatur), så der de følgende år var misvækst i Europa og høj dødelighed. Man kunne lugte svovl i København. Denne misvækst kan godt have været en af de væsentlige faktorer som fremkaldte den Franske revolution få år senere. Lakis udbrud frigjorde også store mængder af det meget giftige fluor og fluorforbindelser. Ca. ¼ af Islands daværende befolkning omkom som følge af dette udbrud.

Alle disse udbrud og mange flere findes dokumenteret i de isboringer, som Glaciologerne bl.a. ved NBI har gennemført på Grønland og andre steder, både i form af lag af aske og ved, at den temperatur der kan måles i isens isotopsammensætning, er lavere i perioder når der er aske og svovlsyre i luften. Man kender herfra temperaturforløbet på kloden for mere end 100 000 år, stort set år for år.

Jetmotorer og askeskyer

Asken består af partikler, der kan ødelægge en motor. De er så små, at deres faldhastigheder er meget små, så de kan svæve meget længe og flytte sig frit med vinden. De er i en højde, hvor de lodrette vindhastigheder er meget små. Man har eksempler på vulkanaske efter store udbrud, som kan konstateres i atmosfæren i flere år efter udbruddet.

Selv hvis asken rammer et fly i koncentrationer der er vanskelige at se, (de kan i dag ret let observeres fra satellitter), sker der det, at asken sliber på flyets vingeprofiler - især forkanten af vingerne, og det giver dårligere flyveegenskaber (mindre opdrift, større flyvemodstand) af flyet. Vinduerne foran piloterne bliver "sandblæst" og ubrugelige. Desuden suges asken ind i motorerne, hvor der suges enorme mængder luft igennem. Det sliber på overfladerne i turbinen, turbinebladene og indsugning, så der sker ændringer på deres virkning, og motorens effektivitet nedsættes.

Endeligt er temperaturen ca. 1400 grader centralt i motoren. Det smelter asken (ved ca. 1100 grader), og afsætter den som lavadråber inde i motoren, såvel på sider som turbineblade. Asken er silikater, og den bliver glasagtig og svejser sig fast til turbinebladene og stopper dem. Man har eksempler på moderne jetfly fly, hvor 4 ud af 4 motorer er gået i stå efter passage af en askesky (kom godt fra en nødlanding med 2 genstartede motorer).

Hurtig spredning af askeskyer 

En askesky kan altså, ved slemme udbrud, sprede sig hele vejen rundt om jorden på få dage. De fleste fly kan ikke flyve ind i skyen på grund af risiko for motorsvigt, utilstrækkelig opdrift eller risiko for kæmpereparationer, hvor dele af vinger eller haleror må fornyes. For passagerfly, som tidligere har været inde i askeskyer, er der fundet op til 80 kg sammensvejset aske i en motor.

Askeskyen kan altså godt lamme luftfarten mere eller mindre. Muligheden for at flyve i den afhænger bl.a. af detaljer i motorkonstruktion mm.

Skytyper og højder:

  • Lave skyer (ca. 1 km, 0 - 2 km) er f.eks. stratusskyer, cumulus (oftest vand).
  • Mellemhøje skyer (4-6 km) er alto-skyer (ofte vand).
  • Høje skyer (10-13 km) er cirrusskyer (is).

Naturligvis er der en lang række mellem skytyper i alle højder fra 0 til knap 14 km højde.

Med venlig hilsen
Aksel Waløe Hansen
Malte Olsen