Вулканічний газ - хімічна школа

Вулканічний газ

вулканічний

Коли вулканічні гази - це гази, що виходять із поверхні землі під час вулканічної діяльності. Вихід може відбуватися або у вузько визначених районах (наприклад, у вулканічному кратері, фумаролах, сольфатарах), або на великій ділянці, дифузно від флангів вулкана.

Поява

Коли розплавлена ​​гірська порода піднімається в димовій трубі вулкана, внаслідок зменшення тиску, гази, розчинені раніше в розплавленій породі, вивільняються і скидаються з більш-менш (навіть при `` мирних '' виверженнях виділяється багато газу) вибуховими виверженнями. Навіть у камері магми під вулканом процес дробової кристалізації дозволяє збагачувати леткі складові в залишковому розплаві понад відповідну межу насичення, завдяки чому вони утворюють власну фазу у вигляді бульбашок газу. Через різницю в щільності між газами та оточуючим розплавом бульбашки газу піднімаються і можуть виходити з вулкана без одночасного вилучення лави.

склад

Гази, що виділяються з вулканів, як правило, являють собою суміш різних речовин. Основними компонентами майже всіх вулканічних газів є водяна пара (H2O), вуглекислий газ (CO2), діоксид сірки (SO2), сірководень (H2S), соляна кислота (HCl) і фтористий водень (HF). Аміак, деякі благородні гази, окис вуглецю, метан та водень також можуть міститись у різних відсотках. Кількість і склад газу сильно залежить від природи розплавленої породи, з якої він виходить. У газах, що виділяються з базальтових розплавів, переважає СО2, тоді як риолітові магми виробляють більшу кількість переважно газів, в яких переважають водяні пари.

значення

  • Вулканічні гази частково є парниковими газами
  • частина води на землі надходить із вулканічних газів
  • зміна складу вулканічних газів може свідчити про майбутнє виверження вулкана

Раніше вважалося, що відбувалися виверження вулканічних газів, які відбуваються без вилучення лави. Вони відповідали за утворення марсів, таких як німецькі Вулканейфель чи французький Овернь. На сьогодні вулканологи впевнені, що маар створюється при контакті магми з підземними водами, які вибухонебезпечно випаровуються.

Ефекти та розміри

Викиди своїх газів вулкани справляють великий вплив на життя на землі протягом тривалого часу, а в окремих випадках також протягом короткого періоду часу.

  • Якщо розглядати геологічні періоди часу, викиди вулканічного СО2 є потенційним механізмом зворотного зв'язку з кліматом, який, ймовірно, врятував землю від постійного глобального обледеніння.
  • Однак протягом декількох років викиди мікроелементів та попелу можуть призвести до значно зменшеного сонячного випромінювання і, таким чином, охолодження на землі. У 1991 році, в роки після виверження філіппінського вулкана Пінатубо, було виміряно зниження атмосферних температур приблизно на 0,5 градуса.
  • Особливо вражаючим прикладом руйнівного впливу виверження вулканів на клімат є так званий рік без літа (1816 р.), Коли Північна Америка та Європа зазнавали часом катастрофічних неврожаїв та голоду. Шари попелу від великих вивержень вулканів, які були пов'язані із зниженою температурою, також можуть бути виявлені в крижаних ядрах. [1]

Прикладом розмірів газових викидів у вулканічних шлейфах є Вукан Попокатепетль, який знаходиться приблизно в 60 км від 20-мільйонної агломерації населення Мехіко. У періоди посиленої активності в період з березня 1996 р. По січень 1998 р. Попокатепетль повторював виверження, в яких іноді в атмосферу потрапляло понад 10 000 т сірчистого газу на добу. Це відповідало приблизно чверті загальних техногенних викидів сірки в Європі та приблизно половині викидів у Центральній та Південній Америці разом. [2]

Вулкани виділяють велику кількість галогенів, таких як бром або хлор, які мають значний вплив на озоновий баланс (Цитата). [3]

Визначення кількості газів, що виходять

Вчені визначають швидкість викидів газу з вулкана, спочатку вимірюючи загальну кількість речовини в поперечному перерізі шлейфу, перпендикулярному напрямку поширення, за допомогою методу DOAS, а потім помножуючи це на швидкість вітру. Норма викидів вказує, наприклад, скільки SO2 виділяється за секунду, день або рік. [4]

Швидкість вітру попередньо визначалася вимірюванням вітру на землі або на краю кратера. Однак вони виявились складними, неточними та часом навіть небезпечними. Отримані дані також лише частково репрезентували напрямок та швидкість вітру, що насправді переважали у вулканічному шлейфі. Сьогодні метод DOAS використовується для так званого методу кореляції, за допомогою якого пристрій DOAS швидко спрямовується у два напрямки перегляду за вітром. Процес використовує той факт, що вулканічний шлейф не змішується однорідно і гази розподіляються досить нерівномірно. Це призводить до структурованого часового ряду для кожного з напрямків перегляду. Щоразу, коли проходить хмара із підвищеною концентрацією діоксиду сірки, лише одна вимірювальна точка повідомляє про максимум, а через короткий час інша точка вимірювання. Зсув часу відповідає часу, необхідному для того, щоб вулканічний шлейф перемістився з одного напрямку зору в інший. Завдяки знанню кута між напрямками огляду та відстані до вулканічного шлейфу, також відомо відстань між двома напрямками огляду в шлейфі. Швидкість вітру розраховується з частки відстані та часового зсуву. [5]

Розвиток досліджень

Останнім часом прилади для контролю вулканічних викидів були значно вдосконалені. У 2001 році дослідники Робочої групи з атмосфери та дистанційного зондування в Інституті фізики навколишнього середовища Гейдельберзького університету спільно з вченими з Технологічного університету Чалмерса, Гетеборг, Швеція, вперше провели вимірювання DOAS у вулканічних шлейфах. Хоча спектроскопічні вимірювання діоксиду сірки у вулканічних шлейфах проводились іншими методами з 1970-х років, новий метод дозволив побудувати набагато менші, а отже, більш керовані прилади. На додаток до діоксиду сірки дослідники також змогли вперше виявити велику кількість інших слідових газів, таких як галоген та оксиди азоту. [6]

Різна поведінка різних газів у магмі призвела до розгляду того, чи можуть зміни у викидах газів надати інформацію про поведінку магми, наприклад Б. Показувати висхідні процеси і тим самим також повідомляти про спалахи захворювання. Для цього проводились і проводяться дослідження з використанням систематичних вимірювань, напр. Б. на Попокатепетль (Мексика), Масая (Нікарагуа), Етна (Італія), Горелі, Мутновський (обидва Камчатка) та Нійрагонго (Конго). Стаціонарні вимірювальні станції створені в Попокатепетль, Масая та Етна. [7]

Також значно покращено можливості вимірювання вулканічних викидів за допомогою супутників. З початку Глобального експерименту з моніторингу озону (GOME) у 1995 році межі виявлення були значно зменшені завдяки вдосконаленому спектральному скануванню. Інші інструменти зі схожими властивостями (SCIAMACHY, OMI, GOME-2) були додані пізніше. Завдяки цим значно вдосконаленим межам виявлення та великому просторовому покриттю сучасні супутникові прилади відкривають значно розширений доступ до глобального моніторингу вулканічної активності та кількісної оцінки її викидів. Наприклад, атмосферний перенос вулканічних викидів часто можна відстежувати протягом декількох днів за допомогою супутникових спостережень (в окремих випадках протягом періодів до місяця). Це дозволило вивчити вплив вулканів у регіональному та глобальному масштабі. Крім того, вулкани у віддалених регіонах можна було вперше виміряти за допомогою супутникового спостереження. [8-й]