Sciencemag.cz
Doporučujeme
Jasně ohraničený prstenec dýmu nad vrcholem Etny většinu lidí znervózní. Pokud však máme štěstí a v okolí jsou chladnokrevní matfyzáci, dostaneme místo paniky fotografie a navrch vysvětlení jevu, který z dálky vypadá, jako by sám Héfaistos v centru sopky z dlouhé chvíle pokuřoval.
Etna je zajímavá už tím, že je dost obtížné přesně stanovit její výšku. V roce 2018 například oficiálně měřila 3 326 metrů nad mořem, za tři roky pak povyrostla na 3 357 metrů. Už to dokládá, že je pořád „živá“ a že dokáže i řádně vydechnout.
Na turistický výstup do výšky 2 600 metrů, která je i na Etně jistá a relativně bezpečná, se vydali 25. září 2023 prof. Jan Kratochvíl a doc. Pavel Valtr, oba z Katedry aplikované matematiky. „Měli jsme mimořádné štěstí,“ konstatuje prof. Kratochvíl, „protože jsme se kvůli předpovědi počasí rozhodli vstát velmi brzy, abychom mohli pozorovat východ slunce z náhorní plošiny.“
Při východu slunce v sedm hodin ráno ještě nejezdily ani lanovka, ani turistické autobusy, takže pokračovali pěšky po prašné cestě k hranici území s povoleným vstupem. „Krátce před osmou jsme nad mračnem dýmu, který neustále halil hlavní vrchol, zahlédli cosi, co na první pohled připomínalo UFO,“ rekapituluje prof. Kratochvíl.
První fotografie jevu ihned poslal kamarádovi, který spontánně zareagoval: „To se Héfaistos nudí, kouří doutníky a vyfukuje kroužky.“ Byly to ve skutečnosti pořádné kruhy, které mohou mít průměr mnoha desítek metrů. „Fascinoval nás jejich tvar s ostře ohraničenou hranicí. Bylo nám záhadou, jaká síla či fyzikální jev drží kruh tak precizně pohromadě,“ uvádí druhý očitý svědek doc. Valtr a doplňuje: „Kouřových kroužků jsme viděli během hodiny několik, ale jen ten první stihnul před rozplynutím vystoupat výrazně nad ostatní mračna a vydržel jasně zformován více než pět minut.“
Héfaistovskou teorii vzniku kouřových prstenců ponechme i přes její romantičnost raději stranou, protože záznamy o tomto poměrně vzácném jevu máme už po celá staletí.
„Ony kroužky se odborně označují jako vulkanické vírové prstence nebo někdy také kouřové prstence. Na sopkách byly pozorovány už od 18. století, konkrétně v Itálii na Etně a Vesuvu již roku 1724,“ předkládá věcné souvislosti dr. Pavla Hrubcová z Geofyzikálního ústavu AV ČR.
Podle jejích slov tomuto problému věnoval nedávno jednu ze statí časopis Scientific Reports. Pulvirenti a spol. (2023) v ní uvádějí, že tyto prstence se objevují občas a jsou pozorovány na sopkách, jako je Etna, Stromboli nebo Vesuv v Itálii, na sopkách Eyjafjallajökull či Hekla na Islandu, ale i na Aljašce (sopka Redoubt), v Guatemale (sopka Pacaya), Ekvádoru (Tungurahua) nebo v Chile.
„Mechanismus vzniku těchto kroužků je v principu skutečně podobný, jako když dělají kroužky dýmu kuřáci doutníků,“ připouští dr. Vladimír Fuka z Katedry fyziky atmosféry MFF UK a vysvětluje, že je také dobře dokumentován z laboratorních pokusů.
Experimentálně můžeme ukázat, že vírový prstenec lze snadno vytvořit pístem při vytlačení části plynu nebo páry z nádoby přes úzké hrdlo. Podobný mechanismus se uplatňuje i v případě sopek.
„Výbušné sopečné erupce vytvářejí vírové prstence, když natlakovaná směs plynu a částic vybuchne do atmosféry ze symetrického kráteru kulovitého tvaru. Dojde k tomu při rychlém uvolnění malého mraku plynu s popelem. Proto jsou také vírové prstence často hlášeny při krátkodobých erupcích vulcanského nebo strombolského typu bohatých na popel,“ vysvětluje dr. Hrubcová. Jejich vznik je pak spojen s přetlakem ve chvíli, kdy jsou plyny vycházející ze sopky tlačeny přes relativně úzký kráter. Vyfukující plyn a pára je na okrajích zpomalovaná třením o stěny kráteru, takže uprostřed u proudnice proudí plyn rychleji, po stranách proudí pomaleji, stáčí se a vytváří toroidální vír.
Pozorování ukazují, že několik okamžiků před tím, než se prstenec objeví, se rychle uvolní obláček horké vodní páry. „Když horká vodní pára, tvarovaná kráterem do kruhu, opustí prostor kráteru, setká se s chladnějším venkovním vzduchem. Začíná okamžitě chladnout a dochází k její kondenzaci. Tím se vytvoří drobné vodní kapičky, které vulkanické vírové prstence zviditelní,“ upřesňuje mechanismus vzniku vírových prstenců dr. Fuka. Jejich poloměr je srovnatelný s poloměrem výstupního otvoru a může nabývat od několika metrů až po vyšší desítky metrů, jak pozorovali matfyzáci právě na Etně.
Vírové prstence mohou vydržet koherentní relativně dlouhou dobu, tedy až několik minut, a urazit podstatné vzdálenosti dosahující až několika kilometrů. Vydrží déle, když okolní vzduch není moc turbulentní.
Převzato z Matfyz.cz.
Pozvánka
Matematicko-fyzikální fakulta Univerzity Karlovy zve všechny zájemce o studium a nejen je na letošní Den otevřených dveří, který proběhne 21. 11. 2023 od 9:00 v areálu fakulty v Praze – Troji. Podrobnosti budou upřesňovány na adrese mff.cuni.cz/dod.
