Wiry ogniowe a tornada generowane przez pożary
Każde zdjęcie wirującego słupa ognia i popiołu wygląda spektakularnie, dlatego nagłówki prasowe nazywają zarówno dwumetrowe wiry w pożarach traw, jak i pół kilometra niszczycielskie wiry tym samym określeniem „firenado”. W dynamice atmosfery to rozróżnienie przypomina różnicę między pyłowym diabełkiem pustynnym w słoneczny dzień a tornadem superkomórkowym.
Wiry ogniowe to zjawiska warstwy granicznej. Ambientalne poziome ścinanie wiatru nad grzbietami lub przy bokach frontu płomieni przechyla się pionowo w wyporny pióropusz termiczny, rozciągając moment pędu – podobnie jak łyżwiarka przyciągająca ramiona do siebie. Większość ma średnicę od 1 do 30 metrów, pozostaje niezwiązana z chmurami nad głową i zanika w ciągu kilku minut, gdy zmienia się geometria paliwa.
Tornada generowane przez pożar (pirotornada) wymagają głębokiej wilgotnej konwekcji nad głową – konkretnie cumulonimbusa flammagenitus (pirocumulonimbusa, czyli pyroCb). Gdy ciepło spalania i uwolniona wilgoć paliwa wypychają powietrze ponad poziom kondensacji i zamarzają powyżej −40 °C, ciepło utajone kondensacji znacznie wzmacnia prędkość prądu wstępującego pióropusza. 18 stycznia 2003 roku pod Canberrą w Australii oraz 26 lipca 2018 roku podczas pożaru Carr w Redding w Kalifornii skany radarowe prędkości udokumentowały wirujące prądy wstępujące pyroCb sięgające pionowo ponad 11 km, które skurczyły się do wirów o skali tornada. Powypadkowe badania inżynierskie wiru z pożaru Carr wykazały pozbawione kory drzewa, wypłukaną glebę i uszkodzenia konstrukcji stalowych odpowiadające prędkościom wiatru EF3 przekraczającym 64 m/s (143 mph).
| Parametr | Wir ogniowy | Pirotornado |
|---|---|---|
| Sprzężenie z chmurą | Brak (otwarty pióropusz) | Sprzężone z pyroCu / pyroCb |
| Szerokość rdzenia | 0.5 – 35 m | 150 – 800+ m |
| Czas trwania | Sekundy do ok. 5 min | 20 – 60+ min |
Dwa źródła piorunów wulkanicznych
Zdjęcia długiej ekspozycji z Calbuco (Chile, 2015), Taal (Filipiny, 2020) i Sakurajimy (Japonia) ukazują poszarpane włókna elektryczne przecinające nieprzezroczyste słupy popiołu. Ponieważ aparaty sumują światło przez kilka sekund, zdjęcia sprawiają wrażenie, że pióropusze wulkaniczne świecą nieprzerwanie, natomiast wideo z dużą szybkością, 5000 klatek na sekundę, pokazuje odrębne, skokowe liderzy wyładowań.
-
Elektryzowanie popiołu w dolnej części słupa
Tuż nad kraterem, znacznie poniżej poziomu zamarzania w atmosferze, wybuchowe rozdrabnianie magmy (fractoemission) wyrzuca naładowane jony, a turbulentne zderzenia grubych lapilli z drobnym popiołem o skali mikronów przenoszą elektrony w wyniku triboelektryzacji. Grawitacja rozdziela ciężkie ziarna o uporządkowanym ładunku dodatnim i ujemnym od lekkiego drobnego pyłu, wywołując iskry o długości 10–300 metrów w ciągu kilku sekund od rozpoczęcia erupcji.
-
Elektryzowanie lodu w górnej części pióropusza
Erupcje podwodne i erupcje pliniańskie bogate w wodę wynoszą megatony pary wodnej na wysokość powyżej 8–15 km. Ziarna popiołu działają jako liczne jądra kondensacji lodu; odbijające się zderzenia między tefrą pokrytą graupelem a czystymi kryształkami lodu wytwarzają wyładowania o długości kilku kilometrów. Dzięki temu centra ostrzegania lotniczego natychmiast uzyskują globalne potwierdzenie radiowe wysokości popiołu, nawet pod pokrywą chmur.