Содержание
- Что такое вулканический пепел?
- Свойства вулканического пепла
- Извержения пепла и пепельные колонны
- Пепельные перья, пепельные водопады и пепельные поля
- Воздействие вулканического пепла
- Влияние на здоровье человека:
- Влияние на сельское хозяйство:
- Влияние на здания:
- Влияние на технику:
- Влияние на связь:
- Влияние на энергетические объекты:
- Влияние на наземный транспорт:
- Влияние на воздушный транспорт:
- Влияние на системы водоснабжения:
- Влияние на системы сточных вод:
- Планирование вулканического пепла
Шлейф вулканического пепла от вулкана Кливленд, расположенного на острове Чугинадак в цепи Алеутского острова у Аляски. Изображение НАСА, полученное Джеффом Уильямсом, бортинженером, с Международной космической станции. Увеличенное изображение.
Что такое вулканический пепел?
Вулканический пепел состоит из частиц размером от порошка до размера песка изверженных горных пород, которые были унесены в воздух извергающимся вулканом. Термин используется для материала, когда он находится в воздухе, после того, как он упадет на землю, а иногда и после того, как он будет превращен в камень. Термины «вулканическая пыль» и «вулканический пепел» используются для одного и того же материала; однако "вулканическая пыль" более подходяще используется для материала размером с порошок.
Вулканический пепел с горы Сент-Хеленс, извержение 1980 года. Изображение USGS, D.E. Wieprecht. Увеличенное изображение.
Частица вулканического пепла просмотр со сканирующим электронным микроскопом. USGS изображение А.М. Sarna-Воджиска. Увеличенное изображение.
Свойства вулканического пепла
На первый взгляд вулканический пепел выглядит как мягкий, безвредный порошок. Вместо этого вулканический пепел представляет собой горный материал с твердостью около 5+ по шкале твердости Мооса. Он состоит из частиц неправильной формы с острыми зубчатыми краями (см. Микроскопический вид). Объедините высокую твердость с неправильной формой частиц, и вулканический пепел может стать абразивным материалом. Это дает этим крошечным частицам возможность повредить окна самолета, вызвать раздражение глаз, вызвать необычный износ движущихся частей оборудования, с которым они соприкасаются, и вызвать множество других проблем, обсуждаемых ниже в разделе «Воздействие вулканического пепла».
Частицы вулканического пепла очень малы по размеру и имеют везикулярную структуру с многочисленными полостями. Это дает им относительно низкую плотность для материала породы. Эта низкая плотность в сочетании с очень маленьким размером частиц позволяет вулканическому пеплу переноситься высоко в атмосферу в результате извержения и переноситься ветром на большие расстояния. Вулканический пепел может вызвать проблемы на большом расстоянии от извергающегося вулкана.
Частицы вулканического пепла нерастворимы в воде. Когда они становятся влажными, они образуют взвесь или грязь, которая может сделать дороги и взлетно-посадочные полосы скользкими. Влажный вулканический пепел может высохнуть в твердую, похожую на бетон массу. Это позволяет ему подключить ливневую канализацию и прилипать к меху животных, которые находятся на открытом воздухе, когда пепел падает одновременно с дождем.
Столб вулканического пепла: Извержение колонны горы Сент-Хеленс 18 мая 1980 года. Этот взрывной выброс привел к появлению горячей колонны с восходящей тефрой, вулканическими газами и захваченным воздухом, которая поднялась на высоту 22 километра менее чем за десять минут. Сильные преобладающие ветры переносили пепел на восток со скоростью около 100 километров в час. Менее чем за четыре часа пепел упал на город Спокан на расстоянии около 400 километров, а через две недели облако извержения окружило землю. USGS изображение А. Пост.
Извержения пепла и пепельные колонны
Некоторые магмы содержат огромное количество растворенного газа при очень высоких давлениях. Когда происходит извержение, ограничивающее давление на эти газы внезапно сбрасывается, и они быстро расширяются, выбегая из вулканического отверстия и унося с собой небольшие кусочки магмы. Грунтовые воды возле магматической камеры могут быть превращены в пар с тем же результатом. Это источник частиц пепла для некоторых извержений. Огромное количество горячего, выходящего, расширяющегося газа, выбрасываемого из вентиляционного отверстия, может привести к выбросу столба пепла и горячих газов высоко в воздух.
На прилагаемом изображении показана часть пепельной колонны, образовавшейся в результате извержения горы Сент-Хеленс в мае 1980 года. В результате этого извержения в результате взрывного выброса горячих вулканических газов в атмосферу образовалась колонна с восходящей тефрой, вулканическими газами и захваченным воздухом, которая поднялась на высоту 22 километра менее чем за десять минут. Затем сильные преобладающие ветры переносили пепел на восток со скоростью около 100 километров в час. Менее чем за четыре часа пепел упал на город Спокан в 400 километрах от вентиляционного отверстия. Две недели спустя пыль от извержения была перенесена вокруг Земли.
Извержение горы Святой Елены было исключительным по своим размерам и интенсивности. Более типичный выброс золы показан на изображении вверху этой страницы. На этом изображении вулкан Кливленд, расположенный на острове Чугинадак в Алеутской цепи острова Аляска, выпускает небольшой пепловый шлейф, который в течение нескольких минут отделяется от вулкана и уносится ветром.
Карта вулканического пепла: Карта, показывающая географическое распределение в Соединенных Штатах выпадения пепла после извержения горы Сент-Хеленс 18 мая 1980 года. USGS изображение. Большая карта.
Толщина золы: Месторождения пепла, как правило, толстые и крупные по размеру частиц вблизи вулкана. Однако на расстоянии депозит становится все тоньше и тоньше.
Пепельный шлейф: Длинный поток пепла от вулкана Чайтен на юге Чили разносится по всему континенту. Увеличенное изображение.
Пепельные перья, пепельные водопады и пепельные поля
Как только пепел выбрасывается в воздух вулканом, ветер имеет возможность его перемещать. Это движение, наряду с воздушной турбулентностью, способствует распространению взвешенного пепла по широкой области. Эти облака пепла, двигаемые ветром, называются пепельными перьями. На изображении ниже показан шлейф пепла, образовавшийся в результате извержения вулкана Чайтен на юге Чили 3 мая 2008 года. Этот шлейф начинается в Чили, пересекает Аргентину и простирается на сотни километров над Атлантическим океаном, распространяясь по мере его движения.
Поскольку пепловый шлейф удаляется от вулканического выброса, у него больше нет стремительного выброса газов, чтобы поддержать его. Неподдерживаемые частицы пепла начинают выпадать. Самые крупные частицы золы выпадают первыми, а более мелкие частицы остаются подвешенными дольше. Это может привести к образованию осадка на земле под пепловым шлейфом. Эти отложения пепла обычно самые толстые около вентиляционного отверстия и тонкие с расстоянием. На этой странице показана карта, показывающая распределение пепла после извержения горы Святой Елены 18 мая 1980 года.
Зольное поле - это географическая область, где земля была покрыта выпадением пеплового шлейфа. На изображении ниже показано поле пепла к востоку от вулкана Чайтен на юге Чили с мая 2008 года. Хорошо виден белый почвенный покров пепла.
Зольное поле: Пепельное поле к востоку от вулкана Чайтен с мая 2008 г. Изображение большего размера.
Воздействие вулканического пепла
Вулканический пепел представляет многочисленные опасности для людей, имущества, машин, сообществ и окружающей среды. Некоторые из них подробно описаны ниже.
Влияние на здоровье человека:
Люди, подверженные падению пепла или живущие в пыльной среде после падения пепла, могут столкнуться с рядом проблем. Дыхательные проблемы включают раздражение носа и горла, кашель, бронхитоподобные заболевания и дискомфорт во время дыхания. Их можно уменьшить с помощью высокоэффективных пылезащитных масок, но следует избегать воздействия пепла, если это возможно.
Долгосрочные проблемы могут включать развитие заболевания, известного как «силикоз», если в золе содержится значительное количество кремнезема. Национальный институт безопасности и гигиены труда США рекомендует использовать специальные маски для лиц, подверженных воздействию вулканического пепла. Любой, кто уже страдает от таких проблем, как бронхит, эмфизема или астма, должен избегать воздействия.
Сухой вулканический пепел может прилипнуть к влажному человеческому глазу, а крошечные частицы пепла быстро вызывают раздражение глаз. Эта проблема является наиболее серьезной среди людей, которые носят контактные линзы. О некоторых раздражениях кожи сообщают люди в областях пепельного падения; однако количество случаев и их тяжесть невелики.
Новаруптинский водопад: Спутниковое изображение ландшафта вокруг вулкана Новарупта с контурами пепельного потока и пирокластическим потоком зоны извержения 1912 года, показанной в виде цветных линий. Спутниковое изображение, сделанное Дж. Алленом (НАСА) с использованием данных из Университета Мэриленда по изучению глобального покрова земель. Картография Б. Коул. Увеличенное изображение.
Влияние на сельское хозяйство:
Животноводство страдает теми же проблемами с глазами и дыханием, которые были описаны выше для людей. Животные, которые питаются выпасом, могут перестать есть, если зола покрывает их источник пищи. Те, кто ест из покрытого пеплом источника пищи, часто страдают от ряда болезней. Фермерам в районах золоудаления может потребоваться дополнительное кормление животных, их эвакуация или отправка на раннее убой.
Падение пепла всего в несколько миллиметров обычно не наносит серьезного ущерба пастбищам и сельскохозяйственным культурам. Однако более толстые скопления пепла могут повредить или убить растения и пастбища. Толстые скопления могут повредить почву, убивая микрофиты и блокируя поступление кислорода и воды. Это может привести к стерильному состоянию почвы.
Ущерб от вулканического пепла: Здания, поврежденные влажным пеплом. USGS изображение. Увеличенное изображение.
Вулканический пепел: Видео USGS, объясняющее влияние вулканического пепла на воздушное движение.
Влияние на здания:
Сухой пепел весит примерно в десять раз больше плотности свежего снега. Густой пепел на крыше здания может привести к его перегрузке и обрушению (см. Изображение). Большинство зданий не предназначены для поддержки этого дополнительного веса.
Сразу после сильного пепла одна из приоритетных задач - очистить крышу зданий от пепла. Если дождь удаляется до удаления золы, он может быть поглощен пеплом и увеличить вес. Мокрый пепел может иметь плотность, в двадцать раз превышающую плотность свежего снега.
Вулканический пепел может заполнить водосточные желоба в здании и засорить водосточные трубы. Сам по себе пепел может быть очень тяжелым, и, если он намокнет от дождя, вес часто будет тянуть водосточные желоба из домов. Зола в сочетании с водой может вызывать коррозию металлических кровельных материалов. Мокрый пепел также является проводником, и при накоплении вокруг внешних электрических элементов здания он может привести к серьезным травмам или повреждению.
Кондиционеры и системы кондиционирования могут выйти из строя или повредиться, если их фильтры забиты или их вентиляционные отверстия покрыты вулканическим пеплом. Движущиеся части оборудования можно быстро изнашивать, если между ними попадает абразивный пепел.
Влияние на технику:
Мелкий пепел и пыль могут проникнуть в здания и вызвать проблемы с приборами. Абразивный пепел может вызывать необычный износ движущихся частей в электродвигателях. Пылесосы, печи и компьютерные системы особенно уязвимы, потому что они обрабатывают много воздуха.
Темнота из-за вулканического пепла: Пепел в воздухе может блокировать солнечный свет и делать участки под пепловым шлейфом темными в середине дня. Вулкан Суфриер-Хиллз, изображение 1997 года. Изображение USGS. Увеличенное изображение.
Влияние на связь:
Вулканический пепел может иметь электрический заряд, который мешает радиоволнам и другим вещаниям, передаваемым по воздуху. Радио, телефон и оборудование GPS могут быть не в состоянии отправлять или принимать сигналы с извержением вулкана поблизости. Пепел также может повредить физические объекты, такие как провода, башни, здания и оборудование, необходимые для обеспечения связи.
Влияние на энергетические объекты:
Вулканический пепел может привести к остановке энергетических объектов. Эти объекты иногда отключаются, чтобы избежать повреждения пеплом. Они могут оставаться внизу, пока пепел не будет удален. Это защищает необходимое оборудование от сбоев, но нарушает энергоснабжение миллионов людей.
Вулканический пепел на автомобилях на авиабазе Кларк на Филиппинах после извержения горы Пинатубо в 1991 году. Эта стоянка находится примерно в 25 километрах к востоку от извержения и получила около 9 сантиметров пепла. USGS изображение Р. П. Хоблитта. Увеличенное изображение.
Влияние на наземный транспорт:
Первоначальное влияние на транспортировку является ограничением видимости. Пепел наполняет воздух и блокирует солнечный свет. В середине дня может быть так же темно, как ночью. Пепел также покрывает дорожную разметку. Всего один миллиметр пепла может затенить центр и базовые линии шоссе.
Другое влияние на автомобили. Они обрабатывают огромное количество воздуха, который будет содержать вулканическую пыль и пепел. Первоначально это захватывается воздушным фильтром, но его можно быстро разбить. Затем абразивная пыль попадает в двигатель, чтобы повредить тщательно обработанные детали и засорить крошечные отверстия.
Вулканический пепел накапливается на ветровых стеклах автомобилей, создавая необходимость использования дворников. Если используются стеклоочистители, абразивный пепел между ветровым стеклом и дворниками может поцарапать окно, иногда образуя матовую поверхность, сквозь которую невозможно проследить.
Вулканическая пыль и пепел, покрывающие дороги, могут привести к потере сцепления с дорогой. Если дороги намокнут, сухой пепел превращается в очень скользкую грязь. Дороги и улицы должны быть выровнены, как если бы не таял снег.
Слои пепла на Филиппинах: А) Участок на мосту через реку Санто-Томас к северу от Сан-Нарцисо, Замбалес; 32 км к западу-юго-западу от вент. Слой А составляет 8 мм золы размером с песок; слой B состоит из 4 мм в основном мелкого пепла. Обратите внимание на слабую нормальную градацию слоя C и рассеянные грубые обломки на поверхности отложений.
Б) Падение тефры на не улучшенной дороге вдоль реки Марелла в 10,5 км к юго-западу от вент. Слой А толщиной около 4 см состоит из крупной золы и мелких лапиллитов; слой B состоит из нескольких тонких слоев пепла; Слой C имеет толщину 33 см и является самым толстым из найденных климатических отложений пемзы. Обратите внимание на нормальную оценку в целом, но 2-см пемза лапилла в левом верхнем углу. Слой D состоит из двух слоев мелкой золы толщиной от 3 до 4 см, разделенных слоем переработанного водой пемзообразного пепла.
C) Тефра откладывается на незастроенной дороге в 9 км к юго-востоку от вентиля, северная сторона реки Гумэн. Слой В имеет толщину 23 см и состоит из многочисленных слоёв сортированного ясеня; слой С имеет толщину 31 см и имеет две зоны в нижней части с небольшими мелкозернистыми покрытиями.
D) Участок в устье каньона реки Пасиг в 15 км к востоку от вент. Слой В имеет толщину 10 см, а слой С имеет толщину около 18 см; обратите внимание на богатые пеплом зоны, которые выделяются благодаря повышенной связности. USGS Изображения W.E. Скотт и Дж.Дж. Основной. Увеличенное изображение.
Влияние на воздушный транспорт:
Современные реактивные двигатели обрабатывают огромное количество воздуха. Они втягивают воздух в переднюю часть двигателя и выпускают его из задней части. Если вулканический пепел втягивается в реактивный двигатель, его можно нагревать до температур, которые выше температуры плавления золы. Пепел может растаять в двигателе, а мягкий липкий продукт может прилипнуть к внутренней части двигателя. Это ограничивает поток воздуха через двигатель и увеличивает вес самолета.
Вулканический пепел привел к выходу двигателя из строя на нескольких самолетах. К счастью, пилоты смогли безопасно приземлиться с оставшимися двигателями. Сегодня вулканы проверяются на наличие признаков извержения, и самолеты направляются вокруг областей, которые могут содержать переносимый по воздуху пепел.
Взвешенный в воздухе вулканический пепел может оказывать абразивное воздействие на самолеты, летящие через него со скоростью сотни километров в час. На этих скоростях частицы пепла, воздействующие на лобовое стекло, могут подвергать пескоструйной обработке поверхность до матового покрытия, которое заслоняет вид пилотов. Пескоструйная обработка может также удалить краску и яму на носу и на передних краях крыльев и навигационного оборудования.
В аэропортах с взлетно-посадочными полосами встречаются те же проблемы, что и на дорогах. Маркировка на ВПП может быть покрыта пеплом. Самолеты могут потерять сцепление при посадке и взлете. И пепел должен быть удален, прежде чем операции вернутся в нормальное состояние.
Международная организация гражданской авиации признала необходимость информирования пилотов и авиадиспетчеров о вулканических опасностях. Для этого они сотрудничали с правительственными учреждениями по созданию нескольких консультативных центров по вулканическому пеплу. Эти центры контролируют вулканическую активность и сообщают о пепловых шлейфах в пределах своей зоны мониторинга.
Вулканический пепел: Видео USGS, объясняющее влияние вулканического пепла на воздушное движение.
Влияние на системы водоснабжения:
Системы водоснабжения могут быть подвержены воздействию пепловых осадков. Если сообщество использует открытую систему водоснабжения, такую как река, водохранилище или озеро, упавший пепел станет взвешенным материалом в системе водоснабжения, который должен быть отфильтрован перед использованием. Обработка воды взвешенной абразивной золой может повредить насосы и фильтрующее оборудование.
Пепел также может вызвать временные изменения в химическом составе воды. Зола при контакте с водой может понизить pH и увеличить концентрацию ионов, выщелоченных из золы. К ним относятся: Cl, SO4Na, Ca, K, Mg, F и многие другие.
Влияние на системы сточных вод:
Пепел, падающий на улицы города, немедленно попадет в систему ливневой канализации. При обработке загрязненной золой канализационной воды взвешенная зола может перегрузить оборудование и фильтры и повредить насосы и клапаны. Это также становится проблемой утилизации. Грязь или взвесь пепла может затвердеть в материал, похожий на бетон.
Планирование вулканического пепла
Сообщества, расположенные вблизи вулканов или с подветренной стороны, которые могут вызывать извержения пепла, должны учитывать потенциальное воздействие вулканического пепла и планировать способы борьбы с ним и минимизировать его воздействие. Намного легче стать осведомленным о проблеме и принять меры заранее, чем столкнуться с огромной проблемой без предупреждения.