Vulkani

Vulkanski pepel



Vulkanska nevarnost, ki je pogosto podcenjena v svojem geografskem dosegu in vplivu.


Vulkanski pepel iz vulkana Cleveland, ki se nahaja na otoku Chuginadak v verigi aleutskih otokov na Aljaski. Nasina slika, ki jo je z Mednarodne vesoljske postaje posnel Jeff Williams, letalski inženir. Večja slika.

Kaj je vulkanski pepel?

Vulkanski pepel je sestavljen iz delcev velikosti peska v obliki peščenega materiala kamnin, ki jih je v zrak vpihnil vulkan. Izraz se uporablja za material, ko je v zraku, potem ko pade na tla in včasih po litificiranju v skalo. Izraza "vulkanski prah" in "vulkanski pepel" se uporabljata za isti material; vendar se "vulkanski prah" bolj primerno uporablja za material velikosti prahu.

Vulkanski pepel z gore St. Helens, izbruh 1980. Slika USGS, D.E. Wieprecht. Večja slika.

Tephra / piroklastična terminologija

Ime delcevVelikost delca
Bloki / bombeveč kot 64 mm (2,5 palca)
Lapillipod 64 mm (2,5 palca)
Vulkanski pepelpod 2 mm (.079 palcev)
Vulkanski prah
(Fini vulkanski pepel)
pod 0,063 mm (0,0025 palca)
"Tefra" in "piroklastika" sta splošna izraza, ki se uporabljata v zvezi z delci magnetnega kamnitega materiala različnih velikosti, ki so bili izločeni iz vulkanov. Razvrščeni so po velikosti. Izraza "pepel" in "prah" pomenita določeno velikost tefra ali piroklastičnih delcev. Ti so povzeti v zgornji tabeli.

Delci vulkanskega pepela gledano s skenirnim elektronskim mikroskopom. Slika USGS avtorja A.M. Sarna-Wojcicki. Večja slika.

Lastnosti vulkanskega pepela

Na prvi pogled vulkanski pepel izgleda kot mehak, neškodljiv prah. Namesto tega je vulkanski pepel kamnit material s trdoto približno 5+ na Mohsovi lestvici trdote. Sestavljen je iz nepravilnih delcev z ostrimi, nazobčanimi robovi (glej mikroskopski pogled). Združite visoko trdoto z nepravilno obliko delcev, vulkanski pepel pa je lahko abraziven material. To daje drobnim delcem možnost, da poškodujejo okna zrakoplovov, dražijo oči, povzročajo nenavadno obrabo gibljivih delov opreme, s katerimi stopijo v stik, in povzročajo številne druge težave, ki so opisane spodaj v razdelku "Vpliv vulkanskega pepela".

Delci vulkanskega pepela so zelo majhne in imajo vezikularno strukturo s številnimi votlinami. To jim daje razmeroma nizko gostoto kamnitega materiala. Ta majhna gostota v kombinaciji z zelo majhno velikostjo delcev omogoča, da se vulkanski pepel visoko v ozračje odnese z erupcijo in prenese velike razdalje zaradi vetra. Vulkanski pepel lahko povzroči težave na dolgi razdalji od izbruhanega vulkana.

Delci vulkanskega pepela so netopni v vodi. Ko se zmočijo, tvorijo gnojevko ali blato, ki lahko naredi hitre ceste in piste. Mokri vulkanski pepel se lahko posuši v trdno maso, podobno betonu. To mu omogoča, da priklopi nevihtno kanalizacijo in se prilepi na kožuh živali, ki so na prostem, ko pepel pada hkrati z dežjem.

Stolpec vulkanskega pepela: Izbruh stolpnice Mount St. Helens 18. maja 1980. To eksplozivno sproščanje je ustvarilo vroč stolpec naraščajoče tefre, vulkanskih plinov in vpletenega zraka, ki se je v manj kot desetih minutah povzpel na višino 22 kilometrov. Močni prevladujoči vetrovi so pepel nosili proti vzhodu s hitrostjo okoli 100 kilometrov na uro. V manj kot štirih urah je pepel padel na mesto Spokane približno 400 kilometrov stran, dva tedna pozneje pa je oblak izbruha obkrožil zemljo. Slika USGS avtorja A. Post.

Izpuščaji pepela in pepelnice

Nekatere magme vsebujejo ogromne količine raztopljenega plina pod zelo visokimi tlaki. Ko pride do izbruha, se nenadoma sprosti omejevalni pritisk na te pline in ti se hitro razširijo, tako da odtekajo iz vulkanskega izliva in nosijo s seboj majhne koščke magme. Podzemna voda v bližini magmatske komore lahko z istim rezultatom izpari v paro. To so delci pepela za nekatere izbruhe. Ogromna količina vročega plina, ki se razteza, odteka iz odzračevalnega plina, lahko izstreli steber pepela in vročih plinov visoko v zrak.

Na priloženi sliki je prikazan del stebra pepela, ki je nastal v izbruhu gore St. Helens maja maja 1980. V tem izbruhu je eksplozivno sproščanje vročih vulkanskih plinov v ozračje ustvarilo steber naraščajoče tefre, vulkanskih plinov in vpletenega zraka, ki se je v višini 22 kilometrov dvignil v manj kot desetih minutah. Nato so močni prevladujoči vetrovi odnesli pepel proti vzhodu s hitrostjo okoli 100 kilometrov na uro. V manj kot štirih urah je pepel padel na mesto Spokane, približno 400 kilometrov oddaljeno od oduška. Dva tedna kasneje se je prah iz izbruha nosil okoli Zemlje.

Izbruh Mount St. Helens je bil izjemne v svoji velikosti in intenzivnosti. Bolj tipičen izpust pepela je prikazan na sliki na vrhu te strani. V tej sliki vulkan Cleveland, ki se nahaja na otoku Chuginadak v aleutski verigi na Aljaski, sprošča majhen pepel, ki se v nekaj minutah odcepi od vulkana in ga odnese veter.

Zemljevid vulkanskega pepela: Zemljevid, ki prikazuje geografsko razporeditev padavin pepela znotraj Združenih držav Amerike od izbruha gore St. Helens 18. maja 1980. Slika USGS. Večji zemljevid.

Debelina pepela: Pepelnice so navadno debele in grobe v velikosti delcev v bližini vulkana. Toda na daljavo je polog tanjši in lepši.

Pepel iz pepela: Na celini piha dolg pepel vulkana Chaitén na jugu Čila. Večja slika.

Pepelnice, pepelnice in pepelnice

Ko se pepel v vulkan sprosti v pepel, ima veter priložnost, da ga premakne. To gibanje, skupaj z zračnimi turbulencami, deluje na razporeditvi suspendiranega pepela po širokem območju. Ti oblaki pepela, ki jih premika veter, so znani kot plodovi pepela. Spodnja slika prikazuje pepel, ki nastane ob izbruhu vulkana Chaitén v jugu Čila 3. maja 2008. Ta pljusk se začne v Čilu, prečka Argentino in se razprostira na stotine kilometrov nad Atlantskim oceanom in se širi med potjo.

Ko se pepel odmika od vulkanskega odtoka, nima več naleta izpušnih plinov, ki bi ga lahko podpiral. Nepodprti delci pepela začnejo izpadati. Največji delci pepela najprej izpadejo, manjši delci pa ostanejo suspendirani dlje. Tako lahko nastane deponiranje pepela na tleh pod nalivom pepela. Ti nanosi pepela so na splošno najdebelejši v zračniku in tanki z razdalje. Na tej strani je prikazan zemljevid, ki prikazuje porazdelitev pepela od izbruha gore St. Helens 18. maja 1980.

Polje pepela je geografsko območje, na katerem so tla zasutila padavina pepela. Spodnja slika prikazuje polje pepela vzhodno od vulkana Chaitén na jugu Čila od maja 2008. Belo podlago pepela je jasno vidno.

Pepelno polje: Pepelno polje vzhodno od vulkana Chaitén od maja 2008. Večja slika.

Vpliv vulkanskega pepela

Vulkanski pepel predstavlja številne nevarnosti za ljudi, premoženje, stroje, skupnosti in okolje. Več teh je podrobno predstavljenih spodaj.

Vpliv na zdravje ljudi:

Ljudje, ki so izpostavljeni padcu pepela ali živijo v prašnem okolju po pepelu, imajo lahko številne težave. Težave z dihali vključujejo draženje nosu in grla, kašelj, bronhitisu podobno bolezen in nelagodje med dihanjem. Te je mogoče zmanjšati z uporabo visoko učinkovite prašne maske, vendar se je treba izogibati izpostavljenosti pepelu, če je mogoče.

Dolgotrajne težave lahko vključujejo razvoj bolezni, znane kot "silikoza", če ima pepel pomembno vsebnost kremena. Ameriški nacionalni inštitut za varstvo pri delu priporoča posebne vrste mask za tiste, ki so izpostavljeni vulkanskemu pepelu. Kdor že trpi za težavami, kot so bronhitis, emfizem ali astma, naj se izogiba izpostavljenosti.

Suhi vulkanski pepel se lahko prilepi na vlažno človeško oko, drobni delci pepela pa hitro povzročijo draženje oči. Ta težava je najhujša med ljudmi, ki nosijo kontaktne leče. O nekaterih draženjih kože poročajo ljudje na območjih pepela; vendar je število primerov in njihova resnost majhna.

Pepel Novarupta: Satelitski posnetek pokrajine okoli vulkana Novarupta z obrisi pepela in območjem piroklastičnega toka izbruha iz leta 1912, prikazan kot barvne črte. Satelitski posnetek J. Allena (NASA) z uporabo podatkov iz Svetovnega sklada za kritje zemljišč na Univerzi Maryland. Kartografija B. Cola, Geology.com. Večja slika.

Vpliv na kmetijstvo:

Živina ima iste težave z očmi in dihanjem, kot so bile opisane zgoraj pri ljudeh. Živali, ki se hranijo s pašo, ne bi mogle jesti, če pepel pokriva njihov vir hrane. Tisti, ki jedo iz vira pepela, pogosto trpijo zaradi številnih bolezni. Kmetje na območjih pepela lahko svojim živalim zagotovijo dopolnilno krmo, jih evakuirajo ali pošljejo v zgodnji zakol.

Pepel le nekaj milimetrov običajno ne povzroči hude škode na pašnikih in posevkih. Vendar pa debelejši nanosi pepela lahko poškodujejo ali ubijejo rastline in pašnike. Debele akumulacije lahko poškodujejo tla z ubijanjem mikrofitov in blokiranjem vstopa kisika in vode. To lahko povzroči sterilno stanje tal.

Poškodba vulkanskega pepela: Stavbe, ki jih je moker pepel poškodoval. Slika USGS. Večja slika.

Vulkanski pepel: Ameriški videoposnetek, ki razlaga vpliv vulkanskega pepela na zračni promet.

Vpliv na zgradbe:

Suhi pepel tehta približno desetkrat večjo gostoto svežega snega. Debel pepel na strehi stavbe ga lahko preobremeni in povzroči propad (glej sliko). Večina stavb ni zasnovana tako, da bi podprla to dodatno težo.

Takoj po močnem pepelu je eno od prednostnih nalog čiščenje pepela s streh stavb. Če dež pade pred odstranitvijo pepela, ga lahko pepel absorbira in poveča težo. Mokri pepel ima lahko dvajsetkrat gostoto svežega snega.

Vulkanski pepel lahko napolni žlebove na zgradbi in zamaši iztoke. Pepel sam je lahko zelo težak, in če postane moker od dežja, bo teža pogosto potegnila žlebove iz hiš. Pepel v kombinaciji z vodo je lahko jedko za kovinske strešne materiale. Mokri pepel je tudi prevodnik, in ko se nabere okoli zunanjih električnih elementov stavbe, lahko povzroči resne poškodbe ali poškodbe.

Klimatske naprave in klimatske naprave se lahko pokvarijo ali poškodujejo, če so njihovi filtri zamašeni ali če so zračniki pokriti z vulkanskim pepelom. Premikanje delov na opremi lahko hitro obrabite, če med njimi pride abrazivni pepel.

Vpliv na aparate:

Droben pepel in prah lahko prodre v zgradbe in povzroči težave z napravami. Abrazivni pepel lahko povzroči nenavadno obrabo gibljivih delov znotraj elektromotorjev. Sesalniki, peči in računalniški sistemi so še posebej ranljivi, ker obdelujejo veliko zraka.

Mrak zaradi vulkanskega pepela: Pepel v zraku lahko blokira sončno svetlobo in sredi dneva postane območje pod pepelom. Vulkan Soufriere Hills, slika iz leta 1997. Slika USGS. Večja slika.

Vpliv na komunikacije:

Vulkanski pepel ima lahko električni naboj, ki moti radijske valove in druge oddaje, ki se prenašajo po zraku. Radio, telefon in GPS oprema morda ne bodo mogli pošiljati ali sprejemati signalov z vulkanom v bližini. Pepel lahko poškoduje tudi fizične objekte, kot so žice, stolpi, zgradbe in oprema, potrebna za podporo komunikacij.

Vpliv na proizvodne zmogljivosti:

Vulkanski pepel lahko povzroči zaustavitev objektov za proizvodnjo energije. Ti objekti se včasih izklopijo, da se prepreči škoda pepela. Lahko ostanejo navzdol, dokler pepela ne odstranijo. To ščiti osnovno opremo pred odpovedjo, vendar prekine oskrbo z energijo za milijone ljudi.

Vulkanski pepel na avtomobilih v letalski bazi Clark na Filipinih po izbruhu Mount Pinatubo leta 1991. To parkirišče je približno 25 kilometrov vzhodno od izbruha in je dobilo približno 9 centimetrov pepela. USGS slika R. P. Hoblitta. Večja slika.

Vpliv na kopenski prevoz:

Začetni vpliv na prevoz je omejitev vidnosti. Pepel napolni zrak in blokira sončno svetlobo. Lahko je temno kot noč sredi dneva. Pepel pokriva tudi cestne oznake. Samo en milimeter pepela lahko zasenči središče in osnovne črte avtoceste.

Drug vpliv je na avtomobile. Obdelajo ogromno zraka, ki bo vseboval vulkanski prah in pepel. To se sprva zajame z zračnim filtrom, vendar ga lahko hitro premagamo. Nato abrazivni prah odide v motor, da poškoduje skrbno obdelane dele in zamaši drobne odprtine.

Vulkanski pepel se nabira na vetrobranskih steklih avtomobilov, kar ustvarja potrebo po uporabi brisalcev. Če se uporabljajo brisalci, lahko abrazivni pepel med vetrobranskim steklom in brisalci opraska okno in včasih ustvari zmrznjeno površino, ki je ni mogoče videti skozi.

Vulkanski prah in pepel, ki pokrivata ceste, lahko povzroči izgubo oprijema. Če se ceste zmočijo, se suh pepel spremeni v zelo spolzko blato. Ceste in ulice je treba premetavati, kot da bi zapadel sneg, ki se ne stopi.

Pepelne plasti na Filipinih: A) odsek na mostu reke Santo Tomas severno od San Narcisoja, Zambales; 32 km zahodno-jugozahodno od izliva. Sloj A je 8 mm pepela v velikosti peska; plast B je 4 mm večinoma lepega pepela. Upoštevajte šibko normalno razvrščanje plasti C in raztresene grobe klaste na površini nahajališča.
B) Odpadki tefre na neovirani cesti ob reki Mareli 10,5 km jugozahodno od izliva. Sloj A, debeline približno 4 cm, je sestavljen iz grobega pepela in drobnih lapil; plast B je sestavljena iz več tankih plasti pepela; plast C je debela 33 cm in je najdebelejši odsek najpomembnejšega nahajališča klimatske vode. Upoštevajte normalno razvrščanje na splošno, vendar 2 cm cm pepelni lapillus v zgornjem levem kotu. Sloj D je sestavljen iz dveh ležišč drobnega pepela, debeline 3 do 4 cm, ločenih s posteljo iz penastega pepela.
C) Tephra odlaga na neovirani cesti približno 9 km jugovzhodno od odtoka, severna stran reke Gumain. Sloj B je debel 23 cm in je sestavljen iz številnih posod za pepel; plast C je debela 31 cm in ima v spodnjem delu dve coni z manjšimi finimi pepelnimi premazi.
D) Odsek ob ustju kanjona reke Pasig, približno 15 km vzhodno od izliva. Sloj B je debel 10 cm, plast C pa približno 18 cm; upoštevajte cone, bogate s pepelom, ki izstopajo zaradi večje kohezivnosti. USGS slike W.E. Scott in J.J. Major. Večja slika.

Vpliv na zračni promet:

Sodobni reaktivni motorji predelajo ogromne količine zraka. Vpihujejo zrak v sprednji del motorja in ga izčrpavajo zadaj. Če se vulkanski pepel vleče v reaktivni motor, ga lahko segrejemo na temperature, ki so višje od temperature taljenja pepela. Pepel se lahko topi v motorju, mehak lepljiv izdelek pa se lahko oprime notranjosti motorja. To omejuje pretok zraka skozi motor in doda težo letalu.

Vulkanski pepel je pripeljal do okvare motorja na nekaj letalih. Na srečo so piloti lahko varno pristali s preostalimi motorji. Danes vulkani spremljajo znake izbruha, letala pa so speljana po območjih, ki bi lahko vsebovala pepel iz zraka.

Vulkanski pepel, ki visi v zraku, lahko ima abraziven učinek na letala, ki letijo skozi njega s stotimi kilometri na uro. Pri teh hitrostih lahko delci pepela, ki vplivajo na vetrobransko steklo, površino peskajo v zmrznjeno površino, ki zasenči pogled pilota. Peskanje lahko odstrani tudi barve in pit metal na nosu in na vodilnih robovih kril ter navigacijske opreme.

Na letališčih se pri vzletno-pristajalnih stezah pojavljajo enake težave kot pri cestah. Oznake na vzletno-pristajalnih stezah so lahko prekrite s pepelom. Letala lahko ob pristanku in vzletu izgubijo oprijem. In pepel je treba odstraniti, preden se operacije vrnejo v normalno stanje.

Mednarodna organizacija civilnega letalstva je priznala potrebo po obveščanju pilotov in kontrolorjev zračnega prometa o vulkanskih nevarnostih. V ta namen so sodelovali z vladnimi agencijami, da so ustanovili več svetovalnih centrov za vulkanski pepel. Ti centri spremljajo vulkansko aktivnost in poročajo o pepelah na svojem območju spremljanja.

Vulkanski pepel: Ameriški videoposnetek, ki razlaga vpliv vulkanskega pepela na zračni promet.

Vpliv na vodovodne sisteme:

Na vodovodne sisteme lahko vplivajo pepelniki. Kadar skupnost uporablja odprto oskrbo z vodo, kot so reka, rezervoar ali jezero, bo odpadli pepel postal suspendiran material v oskrbi z vodo, ki ga je treba pred uporabo filtrirati. Predelava vode z suspendiranim abrazivnim pepelom lahko škodi črpalkam in filtrirni opremi.

Pepel lahko povzroči tudi začasne spremembe v kemiji vode. Pepel v stiku z vodo lahko zniža pH in poveča koncentracijo ionov, izločenih iz snovi pepela. Sem spadajo: Cl, SO4, Na, Ca, K, Mg, F in številni drugi.

Več informacij
Članek Geology.com:
Novarupta: Najmočnejši vulkanski izbruh 20. stoletja
Združeni državni geološki zavod:
Vplivi in ​​ublažitev vulkanskega pepela
Nasin observatorij za Zemljo:
Različni članki in slike, povezane z vulkansko dejavnostjo
Združeni državni geološki zavod:
Vrste in učinki nevarnosti vulkanov
Združeni državni geološki zavod:
Tephra Falls iz leta 1991 izbruha gore Pinatubo

Vpliv na sisteme odpadne vode:

Pepel, ki pada na mestne ulice, bo takoj stopil v nevihtni kanalizacijski sistem. Če se kanalizacijska voda obremenjuje s pepelom, lahko suspendirani pepel preobremeni opremo in filtre ter povzroči poškodbe črpalk in ventilov. Prav tako postane težava z odstranjevanjem. Blato ali kaša pepela se lahko strdi v material, podoben betonu.

Načrtovanje vulkanskega pepela

Skupnosti, ki se nahajajo v bližini vulkanov ali navzdol od njih, ki bi lahko povzročile izbruh pepela, bi morale razmisliti o potencialnem vplivu vulkanskega pepela in načrtovati načine za njegovo ravnanje in čim bolj zmanjšati njegov vpliv. Mnogo lažje je biti poučen o neki težavi in ​​ukrepati vnaprej, kot se soočiti z ogromno težavo brez opozorila.