Вулканичен газ - Химическо училище

Вулканичен газ

училище

Кога вулканични газове са газове, които излизат от повърхността на земята по време на вулканична дейност. Изходът може да се осъществи или в тясно определени зони (например при вулканичния кратер, фумароли, солфатари), или върху голяма площ, дифузно от фланговете на вулкан.

Поява

Когато разтопената скала се издига в комина на вулкан, поради намаляващото налягане, газовете, предварително разтворени в разтопената скала, се освобождават и се отделят с повече или по-малко (дори при „мирни“ изригвания се отделя много газ) експлозивни изригвания. Дори в магмена камера под вулкана, процесът на фракционна кристализация позволява летливите съставки да бъдат обогатени в остатъчната стопилка над съответната граница на насищане, така че те да образуват своя собствена фаза под формата на газови мехурчета. Поради разликата в плътността между газовете и околната стопилка, газовите мехурчета се издигат и могат да избягат от вулкана без едновременно извличане на лава.

състав

Газовете, отделяни от вулканите, обикновено са смес от различни вещества. Основните компоненти на почти всички вулканични газове са водни пари (H2O), въглероден диоксид (CO2), серен диоксид (SO2), сероводород (H2S), солна киселина (HCl) и флуороводород (HF). Амоняк, някои благородни газове, въглероден оксид, метан и водород също могат да се появят в различен процент. Количеството и съставът на газа зависи в голяма степен от естеството на разтопената скала, от която той излиза. Газовете, които се отделят от базалтови стопи, са доминирани от CO2, докато риолитните магми произвеждат по-големи количества главно доминирани от водни пари газове.

значение

  • Вулканичните газове са отчасти парникови газове
  • част от водата на земята идва от вулканични газове
  • промяната в състава на вулканичните газове може да означава предстоящо вулканично изригване

Преди се смяташе, че има изригвания на вулканични газове, които се случват без извличане на лава. Това бяха i.a. отговорен за образуването на маар, каквито се срещат в германския Вулканайфел или френския Оверн. Сега вулканолозите са сигурни, че маар се създава, когато магмата влезе в контакт с подпочвените води, които се изпаряват експлозивно.

Ефекти и измерения

Със своите газови емисии вулканите оказват голямо влияние върху живота на земята за дълги, а в отделни случаи и за кратки периоди от време.

  • Разглеждани през геоложки периоди от време, вулканичните емисии на CO2 представляват потенциален механизъм за обратна връзка с климата, който вероятно е спасил земята от постоянни глобални заледявания.
  • За период от години обаче емисиите на следи от вещества и пепел могат да доведат до силно намалено слънчево лъчение и по този начин охлаждане на земята. През 1991 г., в годините след изригването на филипинския вулкан Пинатубо, беше измерено намаляване на атмосферните температури с около 0,5 градуса.
  • Особено впечатляващ пример за опустошителното въздействие на вулканичните изригвания върху климата е така наречената година без лято (1816 г.), в която Северна Америка и Европа претърпяха катастрофални урожаи и глад. Пепелни слоеве от големи вулканични изригвания, които са били свързани с намалени температури, също могат да бъдат открити в ледени ядра. [1]

Пример за размерите на газовите емисии във вулканични шлейфове е Vukan Popocatépetl, който е на около 60 км от 20-милионната агломерация на населението на Мексико Сити. По време на периоди на повишена активност между март 1996 г. и януари 1998 г. Popocatépetl имаше повтарящи се изригвания, при които на моменти над 10 000 тона серен диоксид на ден се изпускаха в атмосферата. Това съответства на около една четвърт от общите антропогенни - изкуствени - емисии на сяра в Европа и около половината от емисиите в Централна и Южна Америка, взети заедно. [2]

Вулканите излъчват големи количества халогени като бром или хлор, които имат значително влияние върху озоновия баланс (Цитат). [3]

Определяне на количеството на отделящите се газове

Учените определят степента на емисия на газ от вулкан, като първо измерват общото количество вещество в напречно сечение на перката, перпендикулярна на посоката на разпространение, използвайки метода DOAS и след това умножават това по скоростта на вятъра. Скоростта на емисиите дава напр. колко SO2 се отделя за секунда, ден или година. [4]

Скоростта на вятъра предварително се определяше чрез измерване на вятъра на земята или на ръба на кратера. Те обаче се оказаха сложни, неточни и понякога дори опасни. Получените данни също са само частично представителни за посоката и скоростта на вятъра, действително преобладаващи във вулканичния шлейф. Днес методът DOAS се използва за така наречения метод на корелация, при което устройството DOAS е насочено в бързо редуване към две посоки на гледане в посока на вятъра. Процесът се възползва от факта, че вулканичният шлейф не се смесва хомогенно и газовете са доста неравномерно разпределени. Това води до структурирани времеви редове за всяка от посоките на гледане. Всеки път, когато облак с повишена концентрация на серен диоксид премине, само една точка за измерване отчита максимум, малко по-късно другата точка за измерване. Отместването на времето съответства на времето, необходимо на вулканичния шлейф да се премести от едната посока на гледане в другата. Поради познаването на ъгъла между посоките на гледане и разстоянието до вулканичния шлейф, човек знае и разстоянието между двете посоки на гледане в шлейфа. Скоростта на вятъра се изчислява от коефициента на разстоянието и отместването на времето. [5]

Развитие на научните изследвания

В последно време инструментите за мониторинг на вулканичните емисии са значително подобрени. През 2001 г. изследователи от Работната група по атмосфера и дистанционно засичане в Института по физика на околната среда към Хайделбергския университет, заедно с учени от Техническия университет Чалмърс, Гьотеборг, Швеция, за първи път извършиха измервания на DOAS във вулканични струи. Въпреки че спектроскопските измервания на серен диоксид във вулканични шлейфове се извършват с други методи от 70-те години на миналия век, новият метод позволява изграждането на много по-малки и следователно по-управляеми инструменти. В допълнение към серен диоксид, изследователите са успели да открият за първи път и голям брой други следи от газове като халоген и азотни оксиди. [6]

Различното поведение на разтвора на различните газове в магмата доведе до преценката дали промените в газовите емисии могат да предоставят информация за поведението на магмата, напр. Б. Покажете възходящи процеси и по този начин също така обявете огнища. За тази цел изследванията бяха и се провеждат с помощта на систематични измервания, напр. Б. в Попокатепетъл (Мексико), Масая (Никарагуа), Етна (Италия), Горели, Мутновски (и двете Камчатка) и Нирагонго (Конго). Непрекъснати измервателни станции са създадени в Попокатепетъл, Масая и Етна. [7]

Възможностите за измерване на вулканични емисии с помощта на спътници също са значително подобрени. От началото на Глобалния експеримент за наблюдение на озона (GOME) през 1995 г., границите на откриване са значително намалени поради подобреното спектрално сканиране. Други инструменти с подобни свойства (SCIAMACHY, OMI, GOME-2) бяха добавени по-късно. Благодарение на тези значително подобрени граници на откриване и обширното пространствено покритие, съвременните сателитни инструменти отварят значително разширен достъп до глобален мониторинг на вулканичната дейност и количествено определяне на нейните емисии. Например атмосферният пренос на вулканични емисии често може да бъде проследен в продължение на няколко дни, като се използват сателитни наблюдения (в отделни случаи за периоди до месец). Това направи възможно изследването на въздействието на вулканите в регионален и глобален мащаб. Освен това вулканите в отдалечени региони могат да бъдат измерени за първи път чрез сателитно наблюдение. [8-ми]