Volkanik yıldırım veya kirli fırtına, bilim adamlarının da tam olarak anlamadığı nadir bir doğa olayıdır. Konunun anlaşılması için sade bir tanımlama yapmak gerekirse; volkan patlaması gerçekleştiği süreçteki farklı yüklü bulutların arasında oluşan yük geçişleri şimşek ve yıldırımlar oluşturur. Buna volkanik yıldırımlar denir. Normal bir fırtınada, buz kristalleri içeren yağmur bulutları pozitif ve negatif yüklere sahiptir. Bu iki yük çarpıştığında bulut içinde dev bir kıvılcım ateşlenir, şimşek görünür ve gök gürültüsü olarak duyulur. Bilim adamları, volkanik kül partiküllerinin kendilerinin elektrik yüklü olduklarına ve püskürmelerden kaynaklanan kuvvetle havaya projeksiyonlarının çarpışmalarına neden olduklarını ve bunun sonucunda elektriksel deşarjların meydana geldiğine inanmaktadır
İnsanlığın doğumundan bu yana, insanların şimşek ve volkanlardan etkilendiği bilinir. Volkanik yıldırım ve kirli fırtına, doğanın gözlemlenen en acımasız ve muhteşem olaylarından biridir ve ikisini birden birlikte görmek mucizedir. Ancak bu bir tesadüf değil, doğanın bize sunduğu harika bir görsel şölendir. Volkan küllerinin bazen yıldırımla ilişkilendirilmesinin iyi bir nedeni vardır. Birkaç farklı doğa olayı, şiddetli bir fırtınanın sade güzelliği ve yıkıcı gücü ile rekabet edebilir, özellikle şiddetli bir volkanik patlama için tasarruf sağlayabilir. Ancak bilinmelidir ki doğanın bu iki gücü çarpıştığında, ortaya çıkan gösteri diğer doğa olaylarına meydan okuyacak kadar gösterişlidir.
Küçük püskürmeler, küçük kül bulutlarının arasından tespit edilmesi zor olabilen daha küçük fırtınalar ile birlikte olma eğilimindedir. Üstelik şimşek aktivitesi, patlamanın başlangıcında en yüksek seviyededir ve fotoğraf çekimini zorlaştırır. Büyük bir volkanik olayı herhangi bir aşamasında fotoğraflamak oldukça zordur. Alman fotoğrafçı Martin Rietze göre eğer patlama olduğunda yakınlarında değilseniz her zaman çok geç kalacaksınız diyor. Daha yakın bir zamanda, 19. yüzyılın ortalarında, ünlü jeofizikçi ve meteorolog Luigi Palmieri Vesuvius’un birkaç patlamayı belgeleyerek yıldırımın onlara eşlik ettiğini belirtmiştir. Volkanik şimşek çekimini zorlaştıran faktörlerinde aynı şekilde çalışılmaları da zorlaştırdığı ortaya çıktı.
Bilimsel gözlemin ilk organize girişimi 1963 yılında İzlanda’nın Surtsey patlama sırasında yapıldı. Araştırma daha sonra Mayıs 1965 tarihli bir derginin sayısında “Atmosferik elektriğin ölçülmesi ve görsel ve fonografik gözlemler, elektriksel aktivitenin yanardağdan büyük bir pozitif yük taşıyan malzeme atmosferine, fırlatılmasından kaynaklandığına inanmamıza neden oldu.” dedi.
Araştırmacılara göre ileri sürülen bir hipotezde, volkanik yıldırım yükün ayrılmasının sonucudur. Bu doğa olayında yukarı kaldırdığı olumlu elektrik yükü dışarı püskürtülür, zıt ve ayrılmış olan elektrik yükleri dışarı çıktığı anda bölgelerini şekillenir. Bir şimşeğin, doğanın yük dağılımını dengeleme yöntemi olduğu çok net bir düşüncedir. Aynı şey normal eski fırtınalarda da yaşandığı düşünülmektedir. Peki volkanik yıldırımı farklı yapan nedir?
Surtsey’in Kasım 1963’te volkanik patlaması 50 yıla yakın bir zaman sonra ortaya çıkmıştır. O zamandan beri, sadece birkaç çalışma, volkanik patlamaların gözlemlerini yapmayı başardı. Bu çalışmaların en önemlilerinden biri, araştırmacıların 2006’da Alaska dağı Augustine yanardağında yapılan çalışmadır. Bu çalışmada, yanardağ kraterinden daha önce bilinmeyen bir yıldırım çarpması tespit etmek için radyo dalgaları kullanıldı ve bu çalışma 2007’de yayınlandı. Çalışma National Geographic dergisinin yazar J. J. Thomas ile 2007 de yaptığı röportajında, patlama sırasında, muhtemelen kraterin ağzından gelen ve yanardağdan çıkan kül sütununa giren çok sayıda küçük şimşek veya büyük kıvılcımların olduğunu belirtmiştir. Ayrıca, patlama sırasında çok fazla elektriksel aktivite olduğunu ve yanardağın tepesinden bulutlara kadar giden bazı küçük parlamalar bile olduğunu, bunun daha önce fark edilmediğini anlatmıştır.
Gözlemler, patlamanın 1963 hipotezini destekleyerek büyük miktarda elektrik yükü ürettiğini gösteriyor, ancak yeni tanımlanan yıldırım ilginç bir bilmeceye neden oldu. Bu yükler tam olarak nereden geldiği sorusuna, Thomas, volkanın dışına çıkıp çıkmadığından ya da daha sonra mı oluştuğundan emin olmadıklarını açıklıyor. Bulunması gereken olaylardan birinin de, bu yükü nedeni bulmak olduğunu belirtti.
2007’den beri az sayıda çalışmalar, patlayan en az iki tür volkanik yıldırımın var olduğu sonucuna varmıştır. Biri patlayan bir volkanın ağzında gerçekleşir, diğeri ise yükselen bir külün tepelerinden püskürür. İkinci örneği, 2011’de, Şili’deki Puyehue-Cordón Caulle volkanik kompleksinin üzerinde gerçekleşmiştir. Jeofizik dergisinin 2012 tarihli bir makalesinde yayınlanan bilgilerde, en büyük volkanik fırtınalarla bile rekabet edebileceğini ortaya koyuyor.
2007 yılında Thomas’ın ekibi tarafından ortaya atılan bir hipotez, bir patlama sırasında atılan magma, kaya ve volkanik külün, volkanın açılışının yakınında elektrik çarpması meydana getiren, daha önce bilinmeyen bir süreç tarafından elektriksel olarak yüklendiğini ortaya koyuyor. Bir diğeri ise atmosferde yüksek enerjili hava ve gazın daha soğuk parçacıklarla çarpıştığında volkanın en üstünde kollu bir yıldırım oluştuğunu söylüyor. Diğer hipotezler, yine de yükselen su ve buzla kaplı kül parçacıkları anlamına gelir.
Jeolog Brentwood Higman, göre bu süreç, bir çarpışmadan sonra veya daha büyük bir parçacık ikiye bölündüğünde, parçacıklar ayrıldığında başladığını söylüyor. Bu parçacıkların aerodinamiklerinde bir miktar farklılığa neden olur ve pozitif yüklü parçacıkların sistematik olarak negatif yüklü parçacıklardan ayrılır. Bu süreçle ilgili heyecan verici şey, aerodinamikteki farklılıkların, çeşitli potansiyel şarj kaynakları (magma, volkanik kül, vb.) İle birleştiği, aslında henüz gözlemlenen volkanik yıldırım türlerinin olabileceğini öne sürmesidir. Florida Üniversitesi Yıldırım Araştırma programının eş direktörü Martin Uman, NatGeo’ya 2007’de her volkan aynı olmayabilir fikrini yinelemiştir.
2008 yılında yapılan çalışmadaki bulgulara göre, yaklaşık %27-35 oranında yılda bir kez volkan patlaması olduğu varsayılarak volkan başına düşen yıldırım eşlik etmektedir. Aynı çalışma 80 farklı volkan etrafındaki 200 kayıtlı volkanik yıldırım örneği üzerinde kaydedilmiştir. Bunun nedeni üzerine fikir yürüten araştırmacılar, uzun zamandan beri volkanik patlamanın bir şekilde volkanın etrafındaki havanın elektriksel özelliklerini değiştirdiğinden şüphelendiklerini açıklamış, fakat bu mekanizma son zamanlarda doğru bir şekilde açıklığa kavuşturulamadığını belirtmişlerdir.