что такое вулканический пепел
Вулканический пепел: опасность для человека
Среди опасностей, которые несут в себе извержения вулканов, вулканический пепел считается одной из самых коварных и разрушительных.
Вулканический пепел – одна из неприятных и опасных составляющих извержений вулканов. Он может состоять как из крупных кусочков, так и из мелких частиц размером с песчинку. Для порошкообразных материалов используют термин «вулканическая пыль», что, впрочем, не умаляет их угрозу для человека и окружающей среды.
Свойства вулканического пепла
На первый взгляд, вулканический пепел выглядит как мягкий, безвредный порошок, но на самом деле это каменный материал с твердостью 5+ по шкале Мооса. Он состоит из частиц неправильной формы с неровными краями, благодаря чему обладает высокой способностью повреждать авиационные окна, раздражать глаза, вызывать неполадки движущихся частей оборудования и много других проблем.
Вулканические частицы очень малы по размеру и отличаются везикулярной структурой с многочисленными полостями, в силу чего имеют относительно низкую плотность для каменного материала. Это свойство позволяет им подниматься высоко в атмосферу и распространяться ветром на большие расстояния. Они не растворяются в воде, а при намокании образуют суспензии или грязь, которая после высыхания превращается в твердый бетон.
Химический состав пепла зависит от состава магмы, из которой он образуется. Учитывая, что наиболее распространенными элементами, найденными в магме, являются диоксид кремния и кислород, в большинстве случаев пепел содержит в себе частицы кремния. В золе от базальтовых извержений находится 45–55 % диоксида кремния, богатого железом и магнием. При взрывоопасных риолитовых извержениях вулканы выбрасывают пепел с высоким содержанием кремнезема (более 69 %).
Образование пепельных колонн
Пепел вулкана Сент-Хеленс
Влияние вулканического пепла
Вулканический пепел представляет большую опасность для людей, имущества, машин, городов и окружающей среды.
Влияние на здоровье человека
Наибольшую угрозу он несет здоровью человека. У людей, оказавшихся под пеплопадом, появляется кашель, дискомфорт при дыхании, развивается бронхит. Побочные действия извержения можно уменьшить благодаря использованию высокоэффективных респираторов, однако по возможности воздействия золы следует избегать. Долгосрочные проблемы могут включать в себя развитие такого заболевания, как силикоз, особенно если зола отличается большим содержанием кремнезема. Сухой вулканический пепел попадает в глаза и вызывает их раздражение. Наиболее острой такая проблема является для людей, которые носят контактные линзы.
Влияние на сельское хозяйство
После выпадения пепла животные испытывают те же неприятности, что и люди. Домашний скот подвержен раздражению слизистых и дыхательным заболеваниям, но к этому могут прибавиться еще и болезни пищеварительной системы – в том случае, если животные питаются на пастбищах, покрытых вулканическими частицами. Слой золы толщиной в несколько миллиметров, как правило, не вызывает серьезный ущерб сельскохозяйственных площадей, а вот более толстые скопления могут повредить культуры или вовсе их уничтожить. Мало того, они повреждают почву, убивая микрофитов и блокируя поступление в грунт воды и кислорода.
Воздействие на здания
Одна часть сухой золы по массе равна примерно десяти частям свежего снега. Большинство строений не предназначены для поддержки дополнительного веса, поэтому слой вулканического пепла большой толщины на крыше здания может перегрузить его и привести к обрушению. Если сразу же после выпадения пойдет дождь, это только усугубит проблему, увеличив нагрузку на кровлю.
Вулканический пепел может заполнить водостоки зданий и забить водосточные трубы. Зола в сочетании с водой вызывает коррозию металлических кровельных материалов. Мокрый пепел, накапливающийся вокруг внешних электрических элементов домов, приводит к удару током. Нередко после выбросов нарушается работа кондиционеров, поскольку мелкие частицы забивают фильтры.
Влияние на связь
Вулканический пепел может иметь электрический заряд, который препятствует распространению радиоволн и других передач, передаваемых по воздуху. Радио, телефоны и GPS-оборудование теряют возможность посылать или получать сигналы в непосредственной близости от вулкана. Также зола повреждает физические объекты, такие как провода, башни, здания и приборы, необходимые для поддержки связи.
Влияние на наземный транспорт
Первоначальное воздействие пепла на перевозки – это ограничение видимости. Зола блокирует солнечный свет, поэтому среди бела дня становится темно, как ночью. Кроме этого, всего лишь 1 миллиметр пепла может скрыть дорожную разметку. Во время езды мелкие частички захватываются воздушными фильтрами автомобилей, а также попадают в двигатель и повреждают его составляющие.
Вулканический пепел оседает на лобовые стекла автомобилей, вызывая необходимость использования дворников. Во время очистки абразивные частицы, попадающие между ветровым стеклом и стеклоочистителем, могут поцарапать окно. Во время дождя пепел, оседающий на дорогах, превращается в слой скользкой грязи, в результате теряется сцепка колес и асфальта.
Воздействие на воздушные перевозки
Современные реактивные двигатели перерабатывают огромные объемы воздуха. Если вулканический пепел втягивается в двигатель, то нагревается до температуры выше, чем температура его плавления. Расплавленная зола прилипает к внутренним частям двигателя и ограничивает поток воздуха, увеличивая вес самолета.
Абразивная структура пепла вулкана оказывает негативное воздействие на лайнеры, пролетающие в зоне извержения. На больших скоростях частицы золы, попадающие на лобовое стекло самолета, могут сделать его поверхность матовой, в результате пилот потеряет видимость. Пескоструйная обработка может также удалить краску на носу и кромках крыльев. В аэропортах проблемы возникают со взлетно-посадочными полосами – под пеплом скрывается маркировка, шасси самолета теряют сцепление при посадке и взлете.
Влияние на системы водоснабжения
Системы водоснабжения могут быть загрязнены пеплопадами, поэтому перед употреблением воды из рек, водохранилищ или озер проводится тщательная очистка взвеси. В то же время обработка воды с загущенным абразивным материалом может повредить насосы и оборудование для фильтрации. Зола также вызывает временные изменения химического состава жидкости, приводит к снижению рН и увеличению концентрации выщелоченных ионов – Cl, SO4, Na, Ca, K, Mg, F и многих других.
Таким образом, населенные пункты, расположенные вблизи или с подветренной стороны от вулканов, должны учитывать потенциальное воздействие вулканического пепла, разрабатывать пути борьбы с ним и минимизации его последствий. Гораздо проще принять меры заранее, нежели при извержении получить массу труднорешаемых проблем.
«Вулканический пепел» на самом деле не пепел
Что бы вы ни делали, не пытайтесь смыть его водой.
May 1, 2018 · 4 min read
Когда извергаются вулканы, в атмосферу выбрасывается большое количество материала из недр Земли, включая ядовитые газы, такие как диоксид серы. Однако «дым», который поднимается над куполом вулкана, состоит не из золы; вулканический пепел принципиально отличается от пепла, возникающего в результате горения.
Каждые несколько месяцев на Земле происходит извержение вулканов с лавовыми потоками и огромными шлейфами вулканического пепла.
Эти небольшие извержения могут произвести только около одной сотой (0,01) кубического километра пепла, в то время как большие и редкие извержения мощных вулканов могут произвести тысячи кубических километров.
Однако, в отличи е пепла, возникающего в результате горения, то, что мы называем «вулканическим пеплом», вовсе не является пеплом.
Зола (пепел), возникающая при горении углеродных материалов (древесина, уголь, нефть и т.п.) в присутствии кислорода, — это несгораемый остаток, содержащий карбонат кальция, поташ, азот, минералы и оксиды. Зола имеет много практических применений, включая удобрение полей и производство бетона, и легко смывается водой.
В отличие от золы, вулканический пепел состоит из мельчайших частиц (размером до 4 мкм) горных пород, минералов и стекла.
При извержении вулкана магма поднимается из недр земли, а вулканические газы вырываются в атмосферу, разрушая твердую породу и измельчая фрагменты магмы. Эти крошечные, взорванные под давлением газа частички магмы затвердевают до каменных и стеклянных фрагментов, а затем разносятся на сотни и даже тысячи километров.
Вдыхание вулканического пепла представляет опасность для человека и животных. При контакте со слизью в бронхах он застывает и цементируется, приводя к смерти от удушья.
Оседая на крышах домов в достаточно больших количествах вес вулканического пепла может быть достаточным для их разрушения, особенно если он промокнет от дождя. Как уже отмечалось выше, в отличие от золы, которая легко смывается водой, вулканический пепел при контакте с водой не смывается, в цементируется, образуя твердые массы.
Из-за своих абразивных свойств вулканический пепел может повредить поверхности и отделку автомобиля, забивать воздушные фильтры машин, вентиляционные отверстия и трубы.
Вулканический пепел особо опасен для самолетов. Забивая жиклёры топливной автоматики и охлаждающие дефлекторы лопаток турбин реактивных двигателей, он может привести к их остановке. Выброс большого количества пепла нередко приводит к запрету авиаполётов и даже прекращению авиасообщения в глобальных масштабах, как это было при извержении вулкана Эйяфьядлайёкюдль в Исландии в апреле 2010 года.
Масштабные извержения вулканов могут блокировать солнечный свет, вызывать кислотные дожди и грозу.
Вулканический пепел может длительное время находиться во взвешенном состоянии в атмосфере, приводя к сумерками и вызывая такие явления, как гало. Во время мощных вулканических извержений пепел разносится в атмосфере на значительные расстояния. Например, во время извержения вулкана Кракатау в Индонезии в 1883 году облако вулканического пепла дважды облетело земной шар.
При особенно крупных, катастрофических извержениях вулканов выбрасывается такое громадное количество пепла, что это вызывает снижение атмосферной температуры на месяцы и даже годы.
Но, есть и польза от вулканического пепла. Он богат биоактивными микроэлементами, благодаря чему, почва в местах оседания пепла очень плодородна, и даже после катастрофических извержений окружающая вулканы растительность относительно быстро восстанавливается.
Более того, окрестности многих вулканов являются районами древнего интенсивного земледелия, как, например, район Везувия и Этны в Италии.
Особенно благоприятно вулканический пепел влияет на виноделие. Было замечено, что вино, полученное из винограда, выращенного на почвах, удобренных пеплом вулканов, имеет особый изысканный вкус. Его так и называют — вулканическое вино.
В период с 1730 по 1736 годы на острове Лансароте, входящего в архипелаг Канарские острова, извергалось множество вулканов, в результате чего треть острова стала покрыта слоем вулканического пепла. Почва этого острова, буквально пропитанная пеплом, стала идеальной средой для выращивания винограда, идущего на производство местных вин.
Вулканические пеплы и их состав
Известно, что в составе твердых вулканических выбросов кроме извержений гавайского типа преобладают измельченные пирокластические материалы, доля которых ко всей массе твердых выбросов достигает 94—97%. По оценке Заппера, за время с 1500 по 1914 г. вулканами на суше выброшено 392 км 3 лавы и рыхлых масс, главным образом пеплов. Доля рыхлых масс за это время в выбросах составила в среднем 84%. Характерно также то, что при выбросах образуются огромные массы чрезвычайно тонких пеплов. Такие пеплы могут длительно оставаться в воздухе во взвешенном состоянии. При извержении Кракатау в 1883 г. пеплы много раз обошли вокруг Земли, прежде чем полностью осели. Мельчайшие частицы пепла поднялись при этом на большую высоту, где находились несколько лет, вызывая красные зори в Европе. При извержении вулкана Безымянного на Камчатке пеплы уже на второй день выпали в районе Лондона, т. е. на расстоянии свыше 10 тыс. км. С точки зрения выпадения твердого вещества вулканических извержений из водных, главным образом надкритических, растворов, поднимающихся из дренажной оболочки, такое соотношение между массами твердого и рыхлого вещества вулканических выбросов совершенно понятно. Действительно, растворы, поднимаясь по каналу из дренажной оболочки, где они находились под давлением до 2—4 тыс. атм, теряют давление, расширяются и охлаждаются. Вследствие этого из растворов выпадают растворенные в них вещества, образуя вначале жидкие, а по мере извержения густеющие массы концентратов. Эти массы, по-видимому, в наибольшей мере накапливаются у устья того канала, по которому поднимаются водные растворы. По мере накопления этих масс и расширения канала паровой поток начинает захватывать и по дороге измельчать выпавшие из растворов массы. В зависимости от скорости движения струи пара и его температуры и плотности, а также в зависимости от особенностей химического состава выпадающих густых масс вещества оно дробится на более или менее мелкие частицы, которые уносятся с облаком и выпадают затем из него.
Установлено, что пеплы, выпадающие из пепловых облаков, имеют различный ситовый состав как в зависимости от интенсивности извержения, так и в зависимости от расстояния до места выпадения пепла. Вблизи вулканов выпадают крупные фракции пеплов с размерами отдельных частиц до 3—5 мм; чем дальше уходят пепловые облака, тем меньше размер пепловых частиц. Вместе с тем известно, что пеплы, выпадающие на расстояниях до 100 км и более, еще имеют сложный ситовый состав. Это, по нашему мнению, свидетельствует о том, что во время перемещения пеплового облака происходит не только фракционирование уже имеющихся частиц пепла, но и образование новых частиц, поскольку тонкие пеплы, находящиеся во взвешенном состоянии, обладают способностью образовывать конгломераты, которые затем превращаются в плотные цементированные шарики, называемые пизолитами, или окаменевшими дождевыми каплями. Происхождение особенно мелких пеплов, которые длительное время находятся в воздухе и переносятся на очень большие расстояния, скорее всего связано с выпадением их непосредственно из горячего парового облака по мере его охлаждения. Из жерла вулкана вверх выбрасывается струя горячего пара, имеющего температуру до 400—450° С. В таком паре даже при нормальном давлении находятся растворенные вещества, хотя и в невысокой концентрации. При дальнейшем охлаждении парового облака из него выпадают растворенные вещества в виде частиц, имеющих размеры, приближающиеся к размерам молекул. Такие частицы пепла могут удерживаться в воздухе неограниченное время.
Таким образом, преобладание пеплов и образование весьма дисперсных материалов в вулканических выбросах удовлетворительно объясняются выпадением их из водных, в том числе надкритических и паровых, растворов, выбрасываемых в атмосферу. Такое происхождение пеплов объясняет некоторые специфические особенности их состава.
Известно, что по мере перемещения пеплового облака на все большие расстояния от вулканического кратера из него выпадают пеплы неодинакового химического состава. Даже совершенно одинаковые по ситовому составу фракции пеплов заметно изменяются по химическому составу в зависимости от длительности пребывания частиц пепла в облаке. Эту зависимость обычно связывают с расстоянием от вулкана. Но дело тут, конечно, не в пути, а во времени. Особенно заметны изменения содержания в пеплах железа, магния, марганца, олова, ванадия и других элементов, которое, как правило, растет по мере удаления от кратера вулкана.
К специфическим особенностям вулканических пеплов относится и то, что в состав пеплов входит стекловидный материал. Доля стекла в пеплах колеблется от 53 до 95%, что свидетельствует о быстром переходе частиц, образовавших пеплы, из жидкого в твердое состояние.
С точки зрения выпадения вулканических пеплов из водных растворов, вырывающихся из дренажной оболочки земной коры, все эти очень интересные особенности пеплов не только являются необъяснимыми, а наоборот, они совершенно естественны и понятны.
Как было отмечено выше, различные малолетучие соединения в соответствии с изменением растворимости, которая зависит от температуры, давления и фазовых переходов растворов при критических температурах, по-разному распределяются между паровой, жидкой и твердой фазами. Несмотря на то, что экспериментальными исследованиями еще почти не затронуто изучение таких сложных систем, какими могут быть системы, образующие растворы, заполняющие дренажную оболочку земной коры, можно понять некоторые закономерности перехода тех или иных компонентов из растворов в твердое состояние при образовании пеплов и перемещении их вместе с облаком.
Процессы эти и их очередность представляются в таком виде.
Облака водяных паров, которые образуются над жерлом вулкана при большой скорости выбросов многих миллионов тонн пара, имеют высокую температуру. Поэтому твердое вещество содержится в облаках пара не только в виде частиц пепла, но и в растворенном состоянии. По мере удаления облака от места извержения оно увеличивается в объеме и охлаждается. Охлаждение паров от 350—450 до 0° С приводит к выпадению в твердом состоянии тех компонентов, которые находятся в горячем паре. Эти мельчайшие твердые частицы могут конденсировать на себе пленки жидкой воды, могут прилипать или сорбироваться на более крупных частицах пепла и образовывать на них тончайшие сорбционные пленки, характерные для пеплов.
Без экспериментальных данных трудно судить о температуре пара в пепловых облаках над вулканом и на пути, который облака проходят, поднимаясь кверху и уходя вдаль. Однако, судя по явной зависимости химического состава тонких поверхностных, сорбционных пленок от расстояния, на котором пеплы выпадают, можно считать, что охлаждение протекает достаточно длительно. Вероятно и то, что после прекращения выпадения растворенных в паре веществ происходит дальнейшее изменение состава поверхностной пленки крупных частиц пепла. Они сорбируют из облака те тонко рассеянные примеси, которые могут иметь противоположный заряд.
С точки зрения гипотезы образования пепловых облаков из надкритических растворов дренажной оболочки эти факты очень важны, ибо в этом случае обязательны процессы образования пеплов и мельчайшей пыли, которая сорбируется на более крупных частицах пеплов, образуя сорбционные пленки.
Григорьев, С.М. Роль воды в образовании земной коры/ С.М. Григорьев.- М.: Недра, 1971.- 264 с.
Вулканический пепел
Из-за своего широкого распространения зола может иметь ряд воздействий на общество, включая здоровье животных и людей, нарушение работы авиации, нарушение работы критически важной инфраструктуры (например, систем электроснабжения, телекоммуникаций, сетей водоснабжения и водоотведения, транспорта), сырьевые отрасли (например, сельское хозяйство), здания и сооружения.
Содержание
Формирование [ править ]
Вулканический пепел образуется во время взрывных извержений вулканов, фреатомагматических извержений и во время переноса течениями пирокластической плотности.
Взрывные извержения происходят, когда магма распадается по мере подъема, позволяя растворенным летучим веществам ( в основном, воде и диоксиду углерода ) растворяться в пузырьках газа. [2] По мере зарождения большего количества пузырьков образуется пена, которая снижает плотность магмы, ускоряя ее вверх по каналу. Фрагментация происходит, когда пузырьки занимают
Вулканический пепел также образуется во время фреатомагматических извержений. Во время этих извержений фрагментация происходит, когда магма контактирует с водоемами (такими как море, озера и болота), грунтовыми водами, снегом или льдом. Когда магма, температура которой значительно превышает температуру кипения воды, вступает в контакт с водой, образуется изолирующая паровая пленка ( эффект Лейденфроста ). [5] В конце концов, эта паровая пленка схлопнется, что приведет к прямому соединению холодной воды и горячей магмы. Это увеличивает теплопередачу, что приводит к быстрому расширению воды и фрагментации магмы на мелкие частицы, которые впоследствии выбрасываются из вулканического источника. Фрагментация вызывает увеличение площади контакта между магмой и водой, создавая механизм обратной связи [5] что приводит к дальнейшему дроблению и образованию мелких частиц золы.
Свойства [ править ]
Химическая [ править ]
Физический [ править ]
Компоненты [ править ]
Частицы вулканического пепла, извергавшиеся во время магматических извержений, состоят из различных фракций стекловидных (стеклообразных, некристаллических), кристаллических или литических (немагматических) частиц. Пепел, образующийся во время магматических извержений с низкой вязкостью (например, гавайских и стромболианских извержений базальтов), дает ряд различных пирокластов в зависимости от процесса извержения. Например, пепел, собранный из гавайских лавовых фонтанов, состоит из сидеромелановых (светло-коричневое базальтовое стекло) пирокластов, которые содержат микролиты (небольшие кристаллы закалки, не путать с редким минеральным микролитом ) и вкрапленники.. Несколько более вязкие извержения базальта (например, стромболианский) образуют множество пирокластов от нерегулярных капель сидеромелана до глыбовых тахилита (микрокристаллические пирокласты от черного до темно-коричневого цвета). Напротив, большая часть золы с высоким содержанием кремнезема (например, риолит) состоит из измельченных продуктов пемзы (стекловидные осколки), отдельных вкрапленников (фракция кристаллов) и некоторых литических фрагментов ( ксенолитов ). [21]
Морфология [ править ]
Морфология пепла от извержений высоковязких магм (например, риолита, дацита и некоторых андезитов) в основном зависит от формы пузырьков в поднимающейся магме перед распадом. Пузырьки образуются в результате расширения магматического газа до того, как магма затвердеет. Частицы золы могут иметь различную степень везикулярности, а везикулярные частицы могут иметь чрезвычайно высокое отношение площади поверхности к объему. [21] Вогнутости, впадины и трубки, наблюдаемые на поверхности зерен, являются результатом сломанных стенок пузырьков. [22] Частицы витричного пепла от извержений высоковязкой магмы обычно представляют собой угловатые, везикулярно-пемзовые фрагменты или тонкие фрагменты стенок пузырьков, в то время как каменные фрагменты в вулканическом пепле обычно равны или имеют угловатую форму. Каменная морфология в золе обычно контролируется механическими свойствами вмещающей породы, разрушенной в результате скалывания или взрывного расширения газов в магме, когда она достигает поверхности.
Морфология частиц пепла от фреатомагматических извержений контролируется напряжениями в охлажденной магме, которые приводят к фрагментации стекла с образованием небольших блоковых или пирамидальных частиц стеклянного пепла. [21] Форма и плотность пузырьков играют лишь незначительную роль в определении формы зерен при фреатомагматических извержениях. При таком извержении поднимающаяся магма быстро охлаждается при контакте с грунтовой или поверхностной водой. Напряжения в «закаленной» магме вызывают фрагментацию пирокластов на пять преобладающих типов формы: (1) блочные и равные; (2) везикулярная и неправильная форма с гладкой поверхностью; (3) мохообразные и извитые; (4) сферической или каплевидной формы; и (5) пластинчатый.
Плотность [ править ]
Плотность отдельных частиц варьируется в зависимости от извержения. Плотность вулканического пепла колеблется в пределах 700–1200 кг / м 3 для пемзы, 2350–2450 кг / м 3 для осколков стекла, 2700–3300 кг / м 3 для кристаллов и 2600–3200 кг / м 3 для каменных частиц. [23] Поскольку более крупные и более плотные частицы осаждаются близко к источнику, мелкие осколки стекла и пемзы относительно обогащаются отложениями золы в отдаленных местах. [24] Высокая плотность и твердость (
5 по шкале твердости Мооса ) вместе с высокой степенью угловатости делают некоторые типы вулканического пепла (особенно с высоким содержанием кремнезема) очень абразивными.
Размер зерна [ править ]
Вулканический пепел состоит из частиц (пирокластов) диаметром 2 мм классифицируются как лапилли) [1] и могут иметь размер до 1 мкм. [8] Общий гранулометрический состав золы может сильно различаться в зависимости от состава магмы. Было сделано несколько попыток сопоставить характеристики размера зерен осадка с характеристиками события, которое его вызвало, хотя некоторые прогнозы можно сделать. Риолитовые магмы обычно производят более мелкозернистый материал по сравнению с базальтовыми магмами из-за более высокой вязкости и, следовательно, взрывоопасности. Доля мелкодисперсного пепла выше для кремниевых взрывных извержений, вероятно, потому, что размер пузырьков в предэруптивной магме меньше, чем в основных магмах. [1] Имеются веские доказательства того, что пирокластические потоки образуют большое количество мелкого пепла путем объединения, и вполне вероятно, что этот процесс также происходит внутри вулканических каналов и будет наиболее эффективным, когда поверхность фрагментации магмы находится значительно ниже вершинного кратера. [1]
Распространение [ править ]
Частицы золы попадают в эруптивные колонны, поскольку они выбрасываются из вентиляционного отверстия с высокой скоростью. Первоначальный импульс извержения толкает колонну вверх. По мере втягивания воздуха в колонну объемная плотность уменьшается, и она начинает плавно подниматься в атмосферу. [6] В точке, где объемная плотность колонны такая же, как и в окружающей атмосфере, колонна перестанет подниматься и начнет двигаться вбок. Боковое рассеивание контролируется преобладающими ветрами, и пепел может оседать от сотен до тысяч километров от вулкана, в зависимости от высоты извержения, размера частиц пепла и климатических условий (особенно направления ветра, его силы и влажности). [25]
Шлейфы вулканического пепла могут образовываться выше токов пирокластической плотности, они называются шлейфами ко-игнимбритов. По мере того как потоки пирокластической плотности перемещаются от вулкана, более мелкие частицы удаляются из потока за счет отмучивания и образуют менее плотную зону над основным потоком. Затем эта зона увлекает окружающий воздух, и образуется плавучий шлейф ко-игнимбрита. Эти шлейфы, как правило, имеют более высокие концентрации мелких частиц пепла по сравнению с шлейфами магматических извержений из-за абразивного истирания в пределах течения пирокластической плотности. [1]
Воздействие [ править ]
Введение [ править ]
Рост населения привел к постепенному проникновению городской застройки в районы повышенного риска, ближе к вулканическим центрам, увеличивая подверженность человека воздействию вулканического пепла.
Секторы инфраструктуры [ править ]
Электричество [ править ]
Вулканический пепел может вызвать нарушение работы систем электроснабжения на всех уровнях выработки, преобразования, передачи и распределения электроэнергии. Есть четыре основных воздействия, возникающих в результате загрязнения золой оборудования, используемого в процессе подачи энергии: [36]
После извержения у населения очень часто возникают опасения по поводу химического заражения источников воды. Однако в целом физические воздействия пеплопада будут иметь тенденцию преодолевать проблемы, вызванные выбросом химических загрязнителей из свежего вулканического пепла. Воздействие зависит от типа системы очистки.
Большие водоочистные сооружения [ править ]
Системы, питаемые грунтовыми водами, устойчивы к ударам от пеплопадов, хотя переносимая по воздуху зола может мешать работе устьевых насосов. Отключение электричества, вызванное пеплопадом, также может нарушить работу насосов с электроприводом, если нет резервной генерации.
Физические воздействия пеплопада могут повлиять на работу водоочистных сооружений. Зола может блокировать всасывающие конструкции, вызывать серьезные абразивные повреждения рабочих колес насосов и перегрузку двигателей насосов. Многие водоочистные сооружения имеют начальную стадию коагуляции / флокуляции, которая автоматически регулируется в соответствии с мутностью (уровень взвешенных твердых частиц, измеряемый в нефелометрических единицах мутности.) в поступающей воде. В большинстве случаев изменения мутности, вызванные взвешенными частицами золы, будут находиться в пределах нормального рабочего диапазона установки, и их можно удовлетворительно контролировать, регулируя добавление коагулянта. Выпадение пепла с большей вероятностью вызовет проблемы для установок, которые не предназначены для работы с высокими уровнями мутности и в которых может отсутствовать обработка коагуляцией / флокуляцией. Зола может попадать в системы фильтрации, такие как открытые песчаные фильтры, как путем прямого выпадения осадков, так и через поступающие воды. В большинстве случаев потребуется повышенное техническое обслуживание для управления эффектами пеплопада, но перерывов в обслуживании не будет.
Заключительным этапом очистки питьевой воды является дезинфекция, чтобы гарантировать, что конечная питьевая вода не будет содержать инфекционных микроорганизмов. Поскольку взвешенные частицы (мутность) могут служить субстратом для роста микроорганизмов и защищать их от дезинфекционной обработки, чрезвычайно важно, чтобы в процессе очистки воды был достигнут хороший уровень удаления взвешенных частиц.
Малые лечебные системы [ править ]
Вулканический пепел, вероятно, окажет серьезное воздействие на эти системы. Зола забивает водозаборные конструкции, вызывает абразивное повреждение насосов и блокирующих труб, отстойников и открытых фильтров. Высокий уровень мутности может повлиять на дезинфекционную обработку, и, возможно, придется скорректировать дозу для компенсации. Очень важно контролировать остаточный хлор в системе распределения.
Поставки дождевой воды [ править ]
Многие домохозяйства и некоторые небольшие общины полагаются на дождевую воду в качестве источника питьевой воды. Крышные системы очень уязвимы к загрязнению пеплопадом, так как они имеют большую площадь поверхности по сравнению с объемом резервуара для хранения. В этих случаях вымывание химических загрязнителей из пеплопада может стать опасным для здоровья, и пить воду не рекомендуется. Перед пеплопадом следует отсоединить водосточные трубы, чтобы вода в баке была защищена. Еще одна проблема заключается в том, что поверхностное покрытие свежего вулканического пепла может быть кислым. В отличие от большинства поверхностных вод, дождевая вода обычно имеет очень низкую щелочность (способность нейтрализовать кислоту), и, таким образом, пеплопад может подкислять воду в резервуарах. Это может привести к проблемам с отвесной платежеспособностью., в результате чего вода более агрессивна по отношению к материалам, с которыми она контактирует. Это может быть особой проблемой, если на крыше используются гвозди со свинцовой головкой или свинцовый оклад, а также для медных труб и другой металлической сантехнической арматуры.
Спрос на воду [ править ]
Во время пеплопадов обычно предъявляются большие требования к водным ресурсам для очистки, что может привести к их нехватке. Нехватка ставит под угрозу ключевые услуги, такие как пожаротушение, и может привести к нехватке воды для гигиены, санитарии и питья. Муниципальным властям необходимо тщательно контролировать и регулировать эту потребность в воде, и, возможно, потребуется посоветовать населению использовать методы очистки, не использующие воду (например, уборка с помощью веников, а не шлангов).
Очистка сточных вод [ править ]
Сети сточных вод могут пострадать, как и сети водоснабжения. Исключить золу из канализации очень сложно. Наиболее подвержены риску системы с совмещенными линиями ливневой канализации и канализации. Пепел попадет в канализационные трубы в местах притока / инфильтрации ливневых вод через незаконные соединения (например, из водосточных труб с крыши), поперечные соединения, вокруг крышек люков или через отверстия и трещины в канализационных трубах.
Зольные сточные воды, попадающие на очистные сооружения, могут вызвать отказ механического оборудования для предварительной очистки, такого как ступенчатые или вращающиеся сита. Зола, которая проникает дальше в систему, оседает и снижает мощность биологических реакторов, а также увеличивает объем ила и изменяет его состав.
Самолет [ править ]
Основным повреждением самолета, летящего в облако вулканического пепла, является истирание обращенных вперед поверхностей, таких как лобовое стекло и передние кромки крыльев, и скопление пепла в отверстиях на поверхности, включая двигатели. Истирание лобовых стекол и посадочных фонарей снизит видимость, заставляя пилотов полагаться на свои приборы. Однако некоторые инструменты могут давать неверные показания, поскольку датчики (например, трубки Пито ) могут забиваться золой. Попадание золы в двигатели приводит к истиранию лопаток вентилятора компрессора. Зола разъедает острые лопатки компрессора, снижая его эффективность. Зола плавится в камере сгорания, образуя расплавленное стекло. Затем зола затвердевает на лопастях турбины, блокируя поток воздуха и вызывая остановку двигателя.
Возникновение [ править ]
Обнаружение [ править ]
60 км и до 10 000 футов [48], но не выше без некоторых значительных модификаций.
Системы аэропорта [ править ]
Вулканический пепел не только влияет на работу в полете, но также может влиять на работу наземных аэропортов. Небольшие скопления пепла могут ухудшить видимость, создать скользкие взлетно-посадочные полосы и рулежные дорожки, проникнуть в коммуникационные и электрические системы, нарушить работу наземных служб, повредить здания и припаркованные самолеты. [49] Накопление золы размером более нескольких миллиметров требует удаления, прежде чем аэропорты смогут возобновить полноценную работу. Пепел не исчезает (в отличие от снегопадов), и его необходимо утилизировать таким образом, чтобы предотвратить его повторное скопление ветром и самолетом.
Наземный транспорт [ править ]
Пепел может нарушить работу транспортных систем на больших территориях на несколько часов или дней, включая дороги и транспортные средства, железные дороги, порты и судоходство. Падающий пепел ухудшает видимость, что может затруднить и сделать вождение опасным. [23] Кроме того, быстро движущиеся автомобили будут поднимать пепел, создавая вздымающиеся облака, которые сохраняют постоянную опасность для видимости. Скопление золы снижает тягу, особенно на мокрой дороге, и покрывает дорожную разметку. [23] Мелкозернистая зола может проникать в отверстия в автомобилях и истирать большинство поверхностей, особенно между движущимися частями. Воздушные и масляные фильтры забиваются, что требует частой замены. Железнодорожный транспорт менее уязвим, его перебои в работе в основном вызваны ухудшением видимости. [23]
На морской транспорт также может воздействовать вулканический пепел. Падение золы блокирует воздушные и масляные фильтры и истирает любые движущиеся части при попадании в двигатель. На навигацию повлияет ухудшение видимости во время пеплопада. Пузырчатая зола ( пемза и шлак ) будет плавать по поверхности воды в «пемзовых плотах», которые могут быстро забить водозаборники, что приведет к перегреву оборудования. [23]
Связь [ править ]
Сообщения о недавних извержениях свидетельствуют о том, что наибольшее нарушение работы сетей связи происходит из-за перегрузки из-за высокого спроса пользователей. [23] Это обычное явление для многих стихийных бедствий.
Компьютеры [ править ]
Здания и сооружения [ править ]
Повреждение зданий и сооружений может варьироваться от полного или частичного обрушения крыши до менее катастрофического повреждения внешних и внутренних материалов. Воздействие зависит от толщины золы, влажный он или сухой, конструкции крыши и здания, а также от того, сколько золы попадает внутрь здания. Удельный вес золы может значительно варьироваться, а дождь может увеличить его на 50–100%. [8] Проблемы, связанные с загрузкой золы, аналогичны проблемам со снегом; однако зола более серьезна, так как 1) нагрузка от золы, как правило, намного выше, 2) зола не тает и 3) зола может забивать и повреждать желоба, особенно после дождя. Воздействие золы зависит от конструкции и конструкции здания, включая уклон крыши, строительные материалы, пролет крыши и опорную систему, а также возраст и техническое обслуживание здания. [8] Обычно плоские крыши более подвержены повреждениям и обрушению, чем крыши с крутыми скатами. Крыши из гладких материалов (листовой металл или стекло) более склонны к осыпанию золы, чем крыши из грубых материалов (солома, асфальт или деревянная черепица). Обрушение крыши может привести к массовым травмам и смерти, а также к материальному ущербу. Например, в результате обрушения крыш из пепла во время извержения вулкана Пинатубо 15 июня 1991 года погибло около 300 человек. [53]
Здоровье человека и животных [ править ]
Задокументированных случаев развития силикоза в результате воздействия вулканического пепла не зарегистрировано. Однако отсутствуют долгосрочные исследования, необходимые для оценки этих эффектов. [55]
Проглатывание пепла [ править ]
Другое воздействие на домашний скот [ править ]
Зола, накапливающаяся в шерсти на спине овец, может значительно увеличить вес, что приводит к усталости и тому, что овцы не могут стоять. Осадки могут стать причиной значительного бремени, так как они увеличивают вес золы. [58] Кусочки шерсти могут выпасть, и любая оставшаяся шерсть на овцах может оказаться бесполезной, поскольку плохое питание, связанное с извержениями вулканов, влияет на качество волокна. [58] Поскольку обычные пастбища и растения покрываются вулканическим пеплом во время извержения, некоторые домашние животные могут прибегать к тому, чтобы есть все, что есть под рукой, включая токсичные растения. [59] Есть сообщения о козах и овцах в Чили и Аргентине, сделавших естественные аборты в связи с извержениями вулканов. [60]
Окружающая среда и сельское хозяйство [ править ]
Молодые леса (деревья 100 мм. [63] Падение пепла вряд ли приведет к гибели зрелых деревьев, но при сильном падении пепла (> 500 мм) пепел может сломать большие ветви. Также может произойти дефолиация деревьев, особенно если в зольном падении присутствует крупнозернистый пепел. [8]
Восстановление земель после пеплопада может быть возможным в зависимости от толщины золы. Реабилитационное лечение может включать: прямой засева депозита; перемешивание осадка с погребенным грунтом; соскребание золы с поверхности земли; и нанесение нового верхнего слоя почвы на золу. [34]
Взаимозависимость [ править ]
Критически важная инфраструктура и инфраструктурные услуги жизненно важны для функционирования современного общества, поскольку они обеспечивают: медицинское обслуживание, охрану полиции, службы экстренной помощи и средства жизнеобеспечения, такие как водоснабжение, сточные воды, а также линии электроснабжения и транспорта. Часто сами критически важные объекты зависят от таких жизненных путей для обеспечения работоспособности, что делает их уязвимыми как для прямого воздействия в результате опасного события, так и для косвенного воздействия в результате нарушения жизненного цикла. [64]
Готовность, смягчение последствий и управление [ править ]
Готовность к пеплопаду должна включать герметизацию зданий, защиту инфраструктуры и домов, а также хранение достаточных запасов пищи и воды, чтобы продержаться до тех пор, пока пеплопад не закончится и не начнется очистка. Маски от пыли можно носить, чтобы уменьшить вдыхание пепла и смягчить любые респираторные заболевания. [54] Для защиты от раздражения глаз можно носить защитные очки.
Международный Вулканический Ashfall Воздействия Рабочая группа по IAVCEI поддерживает регулярно обновляемую базу данных воздействий и стратегий смягчающие.
Защита инфраструктуры также должна рассматриваться в рамках готовности к чрезвычайным ситуациям. Критические объекты, которые должны оставаться в рабочем состоянии, должны быть идентифицированы, а все остальные должны быть остановлены, чтобы уменьшить ущерб. Также важно не допускать попадания золы в здания, машины и жизненно важные сети (в частности, в системы водоснабжения и канализации), чтобы предотвратить некоторые повреждения, вызванные частицами золы. Окна и двери должны быть закрыты и по возможности закрыты ставнями, чтобы предотвратить попадание золы в здания.
Для информирования о предпринимаемых действиях по смягчению последствий необходимо заранее составить информационные планы. Запасные части и резервные системы должны быть на месте до событий, связанных с падением пепла, чтобы сократить перерывы в обслуживании и как можно быстрее восстановить работоспособность. Хорошая готовность также включает определение мест захоронения золы до того, как произойдет выпадение золы, чтобы избежать дальнейшего перемещения золы и помочь при очистке. [66] Защитное оборудование, такое как защита глаз и респираторы, должно быть развернуто для команд по очистке до событий пеплопадов.
Были разработаны некоторые эффективные методы обращения с золой, включая методы очистки и устройства для очистки, а также действия по смягчению или ограничению ущерба. Последние включают закрытие таких отверстий, как воздухозаборники и водозаборники, авиационные двигатели и окна во время пеплопадов. Дороги могут быть закрыты, чтобы обеспечить очистку от пеплопадов, или могут быть введены ограничения скорости, чтобы у автомобилистов не возникли проблемы с двигателем и они не оказались в затруднительном положении после пеплопада. [67] Чтобы предотвратить дальнейшее воздействие на подземные водные системы или сети сточных вод, стоки и водопропускные трубы должны быть разблокированы, а пепел не попадет в систему. [66] Зола может быть увлажнена (но не насыщена) путем опрыскивания водой, чтобы предотвратить повторную мобилизацию золы и облегчить очистку. [67] Приоритетность операций по очистке важнейших объектов и координация усилий по очистке также являются хорошей практикой управления. [66] [67] [68]
Рекомендуется эвакуировать домашний скот в районы, где пеплопад может достигать 5 см и более. [69]