Вулкани

Вулканічний попіл



Вулканічна небезпека, яку часто недооцінюють у своїх географічних сферах дії та впливу.


Вулканічний попіл від вулкана Клівленд, розташованого на острові Чугінадак в ланцюзі островів Алеутський остров біля Аляски. Зображення NASA, зроблене Джеффом Вільямсом, інженером польотів, з Міжнародної космічної станції. Збільшене зображення.

Що таке вулканічний попіл?

Вулканічний попіл складається з розміру порошку до частинок розміру піску з магматичного гірського матеріалу, який вибухнув у повітря виверженим вулканом. Термін використовується для матеріалу, поки він знаходиться у повітрі, після того, як він впаде на землю, а іноді і після того, як він літифікується в скелю. Терміни "вулканічний пил" та "вулканічний попіл" використовуються для одного матеріалу; однак «вулканічний пил» більш доцільно застосовувати для матеріалу розміром порошку.

Вулканічний попіл з гори Сент-Хеленс, 1980 р. виверження. Зображення USGS, Д.Є. Віпрехт. Збільшене зображення.

Тефра / Пірокластична термінологія

Назва частинокРозмір частки
Блоки / бомбипонад 64 мм (2,5 дюйма)
Лапілименше 64 мм (2,5 дюйма)
Вулканічний попілменше 2 мм (.079 дюймів)
Вулканічний пил
(Тонкий вулканічний попіл)
менше 0,063 мм (0,0025 дюйма)
"Тефра" та "пірокластика" - загальні терміни, що використовуються стосовно частинок магматичного гірського матеріалу різного розміру, які були викинуті з вулканів. Вони класифікуються за розміром. Терміни «зола» та «пил» позначають конкретний розмір тефра або пірокластичних частинок. Вони узагальнені у таблиці вище.

Частинка вулканічного попелу оглядається за допомогою скануючого електронного мікроскопа. Образ USGS від А.М. Сарна-Войчицький. Збільшене зображення.

Властивості вулканічного попелу

На перший погляд вулканічний попіл виглядає як м'який, нешкідливий порошок. Натомість вулканічний попіл - це гірський матеріал із твердістю близько 5+ за шкалою твердості Мооса. Він складається з частинок неправильної форми з гострими зубчастими краями (див. Мікроскопічний вигляд). Поєднуйте високу твердість з неправильною формою частинок, і вулканічний попіл може бути абразивним матеріалом. Це дає цим крихітним частинкам можливість пошкоджувати вікна літаків, бути подразниками очей, викликати незвичний знос рухомих частин обладнання, з якими вони стикаються, та спричиняє багато інших проблем, про які йде мова нижче в розділі "Вплив вулканічного попелу".

Частинки вулканічного попелу мають дуже малі розміри і мають везикулярну структуру з численними порожнинами. Це дає їм відносно низьку щільність для гірського матеріалу. Ця низька щільність у поєднанні з дуже малим розміром частинок дозволяє вулканічному попелу переноситись високо в атмосферу виверженням і переносити великі відстані вітром. Вулканічний попіл може спричинити проблеми на великій відстані від виверженого вулкана.

Частинки вулканічного попелу нерозчинні у воді. Коли вони стають вологими, вони утворюють суспензію або грязь, які можуть зробити магістралі та злітно-посадкові смуги гладкими. Вологий вулканічний попіл може пересохнути у тверду, бетоноподібну масу. Це дає змогу підключити зливову каналізацію та застрягти у хутрі тварин, які знаходяться на відкритому повітрі, коли попел падає одночасно з дощем.

Стовп вулканічного попелу: Стовп виверження гори Сент-Хеленс 18 травня 1980 р. Це вибухонебезпечне викид викликало гарячу колону піднімаються тефри, вулканічних газів та повітря, що піднявся, що піднявся на висоту 22 кілометри менш ніж за десять хвилин. Сильний вітер переніс попіл на схід зі швидкістю 100 кілометрів на годину. Менш ніж за чотири години попіл падав на місто Спокан приблизно за 400 кілометрів, а через два тижні хмара виверження оточила землю. Образ USGS А. Пост.

Попелясті виверження та попелясті колони

Деякі магми містять величезну кількість розчиненого газу під дуже високим тиском. Коли відбувається виверження, раптово вивільняється обмежений тиск на ці гази, і вони швидко розширюються, мчачи з вулканічного отвору і несучи з собою невеликі шматочки магми. Грунтові води біля магматичної камери можуть спалахнути в пару з таким же результатом. Це джерело частинок золи для деяких вивержень. Величезна кількість гарячого, що виходить, розширюється газу, що випливає з вентиляційного отвору, може вигнати колону виверження попелу та гарячих газів високо у повітря.

Супровідне зображення показує частину стовпа золи, виробленого виверженням на горі Сент-Хеленс у травні 1980 року. Під час цього виверження вибухонебезпечний викид гарячих вулканічних газів в атмосферу спричинив колону піднімаються тефри, вулканічних газів та захопленого повітря, які піднялися на висоту 22 кілометри менш ніж за десять хвилин. Потім сильний пануючий вітер переніс попіл на схід зі швидкістю 100 кілометрів на годину. Менш ніж за чотири години попіл падав на місто Спокан, що знаходився приблизно в 400 кілометрах від вентиляційного отвору. Через два тижні пил від виверження був перенесений навколо Землі.

Виверження на горі Сент-Еленс було винятковим за своїми розмірами та інтенсивністю. Більш типовий випуск попелу показаний на зображенні вгорі цієї сторінки. На цьому зображенні вулкан Клівленд, розташований на острові Чугінадак в ланцюзі Алеутського острова Аляски, випускає невеликий попелястий шлейф, який за лічені хвилини відривається від вулкана і захоплюється вітром.

Карта вулканічного попелу: Карта, що показує географічне розповсюдження осипання попелу у Сполучених Штатах Америки від виверження 18 травня 1980 року гори Сент-Хеленс. Образ USGS. Більша карта.

Товщина золи: Поклади попелу, як правило, товсті та грубі за розмірами частинок біля вулкана. Однак на відстані депозит стає тоншим і тоншим.

Золотий шлейф: Довгий шлейф попелу з вулкана Шайтен на півдні Чилі роздувається по всьому континенту. Збільшене зображення.

Попелясті рослини, попелиці та попелясті поля

Як тільки попіл викидається у повітря вулканом, вітер має можливість перемістити його. Цей рух, поряд з турбулентністю повітря, працює над розподілом зваженої золи по широкій площі. Ці хмари попелу, що переміщуються вітром, відомі як попелисті шлаки. На зображенні нижче зображено попелястий шлейф, утворений виверженням вулкана Чайтена на півдні Чилі 3 травня 2008 року. Цей шлейф починається в Чилі, перетинає Аргентину і простягається на сотні кілометрів над Атлантичним океаном, поширюючись під час подорожі.

Коли шлейф попелу віддаляється від вулканічного вентиляційного отвору, він більше не має поспіху виділяються газів для його підтримки. Непідтримувані частинки золи починають випадати. Найбільші частинки золи випадають спочатку, а дрібніші частинки довше залишаються суспендованими. Це може призвести до випадання попелу на ґрунт під попелом. Ці осадові відклади, як правило, найгустіші біля вентиляційного отвору і тонкі з відстані. На цій сторінці показано карту, що показує розподіл золи після виверження 18 травня 1980 року гори Сент-Хеленс.

Попелясте поле - це географічна область, де земля була пошкоджена випаданням попелу. Зображення нижче показує поле попелу на схід від вулкана Шайтена на півдні Чилі з травня 2008 року. Ясно видно біле покрови попелу.

Попільна зона: Поле золи на схід від вулкана Хайтена від травня 2008 року. Більше зображення.

Вплив вулканічного попелу

Вулканічний попіл представляє численні небезпеки для людей, майна, техніки, громад та навколишнього середовища. Деякі з них детально описані нижче.

Вплив на здоров'я людини:

Люди, які піддаються попаданню золи або живуть у запиленому середовищі після попелу, можуть зазнати низки проблем. Дихальні проблеми включають подразнення носа і горла, кашель, бронхітоподібні захворювання та дискомфорт під час дихання. Їх можна зменшити за допомогою високоефективних пилових масок, але слід уникати впливу золи, якщо це можливо.

До довготривалих проблем може входити розвиток захворювання, відомого як "силікоз", якщо зола має значний вміст кремнезему. Американський національний інститут безпеки та гігієни праці рекомендує конкретні типи масок для тих, хто піддається впливу вулканічного попелу. Той, хто вже страждає від таких проблем, як бронхіт, емфізема або астма, повинен уникати впливу.

Сухий вулканічний попіл може прилипати до вологого ока людини, а крихітні частинки золи швидко викликають роздратування очей. Ця проблема є найбільш гострою серед людей, які носять контактні лінзи. Про деякі роздратування шкіри повідомляють люди в районах попелу; однак кількість випадків та їх ступінь тяжкості.

Зола Новарупта: Супутникове зображення ландшафту навколо вулкана Новарупта з контурами попелу та зоною потоку пірокластики виверження 1912 року, зображеними кольоровими лініями. Супутникове зображення Дж. Аллена (NASA) за допомогою даних Глобального фонду охорони земель Мерілендського університету. Картографія Б. Коула, Geology.com. Збільшене зображення.

Вплив на сільське господарство:

Худоба страждає на ті ж проблеми з очима та дихання, які були описані вище для людей. Тварини, які харчуються пасовищем, можуть не в змозі поїсти, якщо зола покриває їх джерело їжі. Ті, хто їсть із вкритого золом джерела їжі, часто страждають від ряду хвороб. Фермерам, що знаходяться в районах золи, може знадобитися забезпечити тварин додатковими кормами, евакуювати їх або відправити на ранній забій.

Попіл всього декількох міліметрів зазвичай не завдає серйозної шкоди пасовищам та посівам. Однак більш густі накопичення золи можуть пошкодити або вбити рослини та пасовище. Густі скупчення можуть пошкодити ґрунт, вбиваючи мікрофіти та блокуючи надходження кисню та води. Це може призвести до стерильного стану грунту.

Пошкодження вулканічного попелу: Будинки, пошкоджені мокрим попелом. Образ USGS. Збільшене зображення.

Вулканічний попіл: Відео USGS, що пояснює вплив вулканічного попелу на повітряний рух.

Вплив на будівлі:

Суха зола важить приблизно в десять разів більше щільності свіжого снігу. Густий попіл на даху будівлі може перевантажувати його і спричиняти його обвал (див. Зображення). Більшість будівель не розроблені для підтримки цієї додаткової ваги.

Відразу після сильного попелу одним із пріоритетних завдань є очищення золи з дахів будинків. Якщо дощ випаде до видалення золи, він може бути поглинений золом і збільшити вагу. Золотий зола може мати щільність у двадцять разів більше, ніж у свіжого снігу.

Вулканічний попіл може заповнювати жолоби на будівлі та закупорювати водоспади. Попіл сам по собі може бути дуже важким, і якщо він стає мокрим від дощу, вага часто витягне жолоби з будинків. Попіл у поєднанні з водою може бути агресивним для металевих покрівельних матеріалів. Вологий зола також є провідником, і, накопичившись навколо зовнішніх електричних елементів будівлі, це може призвести до серйозних травм або пошкоджень.

Кондиціонери та системи кондиціонування повітря можуть вийти з ладу або пошкодитися, якщо їх фільтри засмічені або їх отвори закриті вулканічним попелом. Переміщення деталей на обладнання може швидко зношуватися, якщо між ними потрапляє абразивний попіл.

Вплив на техніку:

Дрібний попіл і пил можуть проникнути в будівлі і спричинити проблеми з приладами. Абразивний попіл може створювати незвичний знос рухомих деталей всередині електродвигунів. Пилососи, печі та комп'ютерні системи особливо вразливі, оскільки вони обробляють багато повітря.

Темрява через вулканічний повал: Попіл у повітрі може заблокувати сонячне світло і зробити ділянки під попелом напівтемним посеред дня. Вулкан Суфрієр-Хіллз, зображення 1997 року. Зображення USGS. Збільшене зображення.

Вплив на комунікації:

Вулканічний попіл може мати електричний заряд, який заважає радіохвилям та іншим трансляціям, що передаються через повітря. Радіо, телефон та GPS-обладнання можуть не в змозі надсилати та приймати сигнали із виверженим вулканом поблизу. Попіл також може пошкодити фізичні споруди, такі як дроти, вежі, будівлі та обладнання, необхідні для підтримки комунікацій.

Вплив на енергогенеруючі засоби:

Вулканічний попіл може призвести до відключення енергогенеруючих потужностей. Ці споруди іноді відключаються, щоб уникнути пошкодження золи. Вони можуть залишатися вниз до тих пір, поки зола не буде видалена. Це захищає необхідне обладнання від відмови, але порушує службу живлення для мільйонів людей.

Вулканічний попіл на автомобілях на авіабазі Кларка на Філіппінах після виверження 1991 року на горі Пінатубо. Ця стоянка знаходиться приблизно в 25 кілометрах на схід від виверження і отримала близько 9 сантиметрів золи. Образ USGS Р. П. Хобліт. Збільшене зображення.

Вплив на наземний транспорт:

Початковий вплив на транспортування - обмеження на видимість. Попіл заповнює повітря і блокує сонячне світло. Це може бути так само темно, як ніч посеред дня. Попіл також покриває дорожню розмітку. Всього один міліметр золи може затьмарити центр та основні лінії шосе.

Ще один вплив на автомобілі. Вони переробляють величезну кількість повітря, яке буде містити вулканічний пил і попіл. Це спочатку захоплюється повітряним фільтром, але його можна швидко перекрити. Потім абразивний пил потрапляє в двигун, щоб пошкодити ретельно оброблені деталі та закупорити крихітні отвори.

Вулканічний попіл накопичується на лобових стеклах автомобілів, створюючи необхідність користування склоочисниками. Якщо використовуються склоочисники, абразивний попіл між лобовим склом і склоочисниками може подряпати вікно, іноді утворюючи матову поверхню, яку неможливо побачити наскрізь.

Вулканічний пил та зола, що покриває дороги, може призвести до втрати тяги. Якщо дороги промокнуть, суха зола перетворюється на дуже слизьку грязь. Дороги та вулиці треба перекопувати так, ніби впав сніг, який не тане.

Шари попелу на Філіппінах: А) Розділ на мосту річки Санто-Томас на північ від Сан-Нарцисо, Замбалес; 32 км на захід-південний захід від вентиляційного отвору. Шар А - це 8 мм золи розміром з піском; шар В - 4 мм переважно тонкого золу. Зазначимо слабку нормальну градацію шару С та розсіяні грубі класти на поверхні родовища.
В) Поклади теффранського падіння на невдосконаленій дорозі вздовж річки Марелла за 10,5 км на південний захід від виходу. Шар А, товщиною близько 4 см, складається з грубої золи та дрібних лапілів; шар B складається з декількох тонких шарів золи; шар С товщиною 33 см є найбільш товстим відрізком кліматичного падіння пемзи, яке ще знайдено. Зверніть увагу на нормальну класифікацію в цілому, але 2-сантиметровий пемзовий напис у верхній лівій частині. Шар D складається з двох шарів товстої золи товщиною 3–4 см, розділених шаром з переробленої водою пемзового золи.
C) Відкладення Тефри на невдосконаленій дорозі близько 9 км на південний схід від вентиляційного отвору, на північній стороні річки Гумайн. Шар товщиною 23 см і складається з численних градацій попелу; шар С товщиною 31 см і має дві зони в нижній частині з незначними дрібними попелястими покриттями.
Г) Відрізок у гирлі каньйону річки Пасіг, приблизно в 15 км на схід від Вент. Шар товщиною 10 см, а шар С - близько 18 см; відзначте зони, багаті золою, які виділяються завдяки підвищеній згуртованості. USGS Images від W.E. Скотт і Дж. Дж. Майор. Збільшене зображення.

Вплив на авіаперевезення:

Сучасні реактивні двигуни переробляють величезну кількість повітря. Вони втягують повітря в передню частину двигуна і вичерпують його ззаду. Якщо вулканічний попіл втягується в реактивний двигун, його можна нагріти до температури, що перевищує температуру плавлення золи. Зола може танути в двигуні, а м'який липкий виріб може прилягати до внутрішньої частини двигуна. Це обмежує повітряний потік через двигун і додає ваги площині.

Вулканічний попіл призвів до виходу з ладу двигуна в декількох літаках. На щастя, пілоти змогли безпечно приземлитися зі своїми рештою двигунами. Сьогодні вулкани відслідковуються на предмет ознак виверження, а літаки рухаються навколо районів, які можуть містити попіл у повітрі.

Вулканічний попіл, що знаходиться в повітрі, може мати абразивний вплив на літаки, що пролітають через нього, на сотні кілометрів на годину. З цією швидкістю частинки золи, що впливають на лобове скло, можуть зашпаклювати поверхню до матового покриття, що затьмарює погляд пілота. Піскоструминний засіб також може видаляти фарбу та піт-метал на носі та на передових краях крил та навігаційному обладнанні.

В аеропортах такі ж проблеми зустрічаються із злітно-посадковими смугами, що й на дорогах. Позначення на злітно-посадкових смугах можна покрити попелом. Літаки можуть втратити тягу після посадки та зльоту. І, зола повинна бути видалена до того, як операції повернуться до норми.

Міжнародна організація цивільної авіації визнала необхідність інформувати пілотів та диспетчерів повітряного руху про вулканічні небезпеки. Для цього вони працювали з державними установами, щоб створити кілька консультативних центрів по вулканічній золі. Ці центри здійснюють моніторинг вулканічної активності та звітують про надходження золи в зоні моніторингу.

Вулканічний попіл: Відео USGS, що пояснює вплив вулканічного попелу на повітряний рух.

Вплив на системи водопостачання:

Системи водопостачання можуть вплинути на попіл. Якщо громада використовує відкрите водопостачання, таке як річка, водосховище чи озеро, опала зола стане суспендованим матеріалом у водопроводі, який перед використанням необхідно відфільтрувати. Переробка води з зваженим абразивним золом може завдати шкоди насосам та фільтраційному обладнанню.

Зола також може спричинити тимчасові зміни хімії води. Зола при контакті з водою може знизити рН і збільшити концентрацію іонів, що вилугаються з зольного матеріалу. До них відносяться: Cl, SO4, Na, Ca, K, Mg, F та багато інших.

Більше інформації
Стаття Geology.com:
Новарупта: Найпотужніший виверження вулкана 20 століття
Геологічна служба США:
Вулканічний вплив золи та їх пом'якшення
Обсерваторія Землі НАСА:
Різні статті та зображення, пов’язані з вулканічною діяльністю
Геологічна служба США:
Типи та наслідки небезпеки вулкана
Геологічна служба США:
Водоспад Тефра на виверженнях гори Пінатубо 1991 року

Вплив на системи стічних вод:

Попіл, що падає на міські вулиці, негайно ввійде в систему зливової каналізації. Якщо каналізаційна вода перевантажена золом, підвісна зола може перевантажувати обладнання та фільтри та спричиняти пошкодження насосів та клапанів. Це також стає проблемою утилізації. Бруд або суспензія золи може затвердіти в матеріал, схожий на бетон.

Планування вулканічного попелу

Спільноти, розташовані поблизу або вниз від вулканів вулканів з потенціалом вибуху золи, повинні враховувати потенційний вплив вулканічного попелу та планувати шляхи боротьби з ним та мінімізувати його вплив. Набагато простіше отримати освіту про проблему та вжити заходів заздалегідь, ніж зіткнутися з величезною проблемою без попередження.