Съдържание
- Какво е вулканичен пепел?
- Свойства на вулканичния пепел
- Пепелни изригвания и пепелни колони
- Пепелни сливи, пепел и пепел
- Влиянието на вулканичния пепел
- Въздействие върху човешкото здраве:
- Въздействие върху селското стопанство:
- Въздействие върху сградите:
- Въздействие върху уредите:
- Въздействие върху комуникациите:
- Въздействие върху съоръженията, генериращи енергия:
- Въздействие върху наземния транспорт:
- Въздействие върху въздушния транспорт:
- Въздействие върху водоснабдителните системи:
- Въздействие върху системите за отпадни води:
- Планиране на вулканичен пепел
Вулканичен пепел от вулкана Кливланд, разположен на остров Чугинадак в веригата на Алеутския остров край Аляска. Снимка на НАСА, направена от Джеф Уилямс, летателен инженер, от Международната космическа станция. По-голямо изображение.
Какво е вулканичен пепел?
Вулканичната пепел се състои от прахообразни до частици с размер на пясък от магматичен скален материал, които са издухани във въздуха от изригващ вулкан. Терминът се използва за материала, докато е във въздуха, след като падне на земята, а понякога и след като е литифициран в скала. Термините "вулканичен прах" и "вулканична пепел" се използват за един и същ материал; въпреки това, „вулканичен прах“ се използва по-подходящо за материал с размер на прах.
Вулканична пепел от връх Сейнт Хеленс, изригване през 1980г. USGS изображение, D.E. Wieprecht. По-голямо изображение.
Частица от вулканична пепел гледани със сканиращ електронен микроскоп. USGS изображение от A.M. Сърна-Уоджиски. По-голямо изображение.
Свойства на вулканичния пепел
На пръв поглед вулканичната пепел прилича на мек, безвреден прах. Вместо това вулканичната пепел е скален материал с твърдост около 5+ по скалата на твърдост на Mohs. Той е съставен от частици с неправилна форма с остри, назъбени ръбове (виж микроскопичен изглед). Комбинирайте високата твърдост с неправилната форма на частиците и вулканичната пепел може да бъде абразивен материал. Това дава на тези малки частици способността да повредят прозорците на въздухоплавателните средства, да бъдат дразнещи очите, да причинят необичайно износване на подвижни части на оборудването, с които те влизат в контакт, и да причинят много други проблеми, обсъдени по-долу в раздела „Въздействие на вулканичен пепел“.
Частиците от вулканична пепел са с много малки размери и имат везикуларна структура с многобройни кухини. Това им дава сравнително ниска плътност за скален материал. Тази ниска плътност, съчетана с много малкия размер на частиците, позволява вулканичната пепел да бъде пренесена високо в атмосферата чрез изригване и пренасяне на дълги разстояния от вятъра. Вулканичната пепел може да причини проблеми на голямо разстояние от изригващия вулкан.
Частиците от вулканична пепел са неразтворими във вода. Когато станат мокри, те образуват каша или кал, които могат да направят магистралите и пистите. Мократа вулканична пепел може да изсъхне в твърда, бетонова маса. Това му дава възможност да включи канализационната канализация и да залепи в козината на животни, които са на открито, когато пепелта падне едновременно с дъжд.
Колона от вулканична пепел: Колона на изригване на планината Сейнт Хелънс на 18 май 1980 г. Това взривоопасно изпускане произвежда гореща колона от нарастваща тефра, вулканични газове и завлечен въздух, който се издига на надморска височина от 22 километра за по-малко от десет минути. Силните преобладаващи ветрове пренасяха пепелта на изток със скорост около 100 километра в час. За по-малко от четири часа пепел падна върху град Спокан на около 400 километра разстояние, а две седмици по-късно облакът за изригване обгради земята. USGS изображение от А. Пост.
Пепелни изригвания и пепелни колони
Някои магми съдържат огромни количества разтворен газ при много високо налягане. Когато възникне изригване, ограничаващият натиск върху тези газове изведнъж се освобождава и те бързо се разширяват, като се втурват от вулканичния отдушник и носят малки късчета магма със себе си. Подземните води в близост до магма камера могат да се мигат в пара със същия резултат. Това са източникът на частици пепел за някои изригвания. Огромното количество горещ, изтичащ, разширяващ се газ, изтичащ от вентилационния отвор, може да изведе изригваща колона от пепел и горещи газове високо във въздуха.
Придружаващото изображение показва част от колоната на пепелта, произведена от изригването през май 1980 г. на връх Сейнт Еленс. При това изригване, експлозивното изпускане на горещи вулканични газове в атмосферата създаде колона от нарастваща тефра, вулканични газове и завлечен въздух, който се издигна на 22 км надморска височина за по-малко от десет минути. Тогава силните преобладаващи ветрове пренасяха пепелта на изток с около 100 километра в час. За по-малко от четири часа пепел падна върху град Спокан на около 400 километра от отдушника. Две седмици по-късно прахът от изригването беше пренесен около Земята.
Изригването на връх Сейнт Еленс беше изключително по своите размери и интензивност. По-типично освобождаване на пепел е показано на изображението в горната част на тази страница. В това изображение вулканът Кливланд, разположен на остров Chuginadak в веригата на Алеутския остров на Аляска, освобождава малък пепел, който за минути се отделя от вулкана и се носи от вятъра.
Карта на вулканичен пепел: Карта, показваща географското разпространение на утайката от пепел в Съединените щати от изригването на 18 май 1980 г. на връх Сейнт Еленс. USGS изображение. По-голяма карта.
Дебелина на пепелта: Отлаганията на пепел обикновено са дебели и груби по размер на частиците в близост до вулкана. На разстояние обаче депозитът става по-тънък и фин.
Пепелен шлейф: Дълъг пепел от вулкан Chaitén в южната част на Чили се издува на целия континент. По-голямо изображение.
Пепелни сливи, пепел и пепел
След като пепелта се пусне във въздуха от вулкан, вятърът има възможност да го премести. Това движение, заедно с въздушната турбулентност, работи за разпределението на суспендираната пепел върху широка зона. Тези облаци пепел, които се движат от вятъра, са известни като пепелници. Снимка по-долу показва пепел, образуван от изригването на вулкана Chaitén в южната част на Чили на 3 май 2008 г. Този шлейф започва в Чили, пресича Аржентина и се простира на стотици километри над Атлантическия океан, разпростирайки се докато пътува.
Докато пепелният петел се отдалечава от вулканичния отдушник, той вече няма прилив на изтичащи газове, за да го поддържа. Неподдържаните частици на пепелта започват да изпадат. Най-големите пепелни частици изпадат първо, а по-малките частици остават суспендирани по-дълго. Това може да доведе до залепване на пепел на земята под пепелта. Тези пепелни находища са най-дебели в близост до отдушника и тънки с разстояние. На тази страница е показана карта, показваща разпределението на пепелта от изригването на планината Сейнт Еленс на 18 май 1980 г.
Полето от пепел е географска област, където земята е била затлачена от упадъка на пепел. Снимка по-долу показва пепелно поле източно от вулкана Chaitén в южната част на Чили от май 2008 г. Белият основен пепел може да се види ясно.
Пепелно поле: Пепелно поле източно от вулкана Chaitén от май 2008 г. По-голямо изображение.
Влиянието на вулканичния пепел
Вулканичната пепел представлява множество опасности за хората, собствеността, машините, общностите и околната среда. Някои от тях са подробно описани по-долу.
Въздействие върху човешкото здраве:
Хората, изложени на падане на пепел или живеещи в прашната среда след пепел, могат да претърпят редица проблеми. Респираторните проблеми включват дразнене на носа и гърлото, кашлица, заболявания, подобни на бронхит, и дискомфорт при дишане. Те могат да бъдат намалени с използването на високоефективни маски за прах, но излагането на пепел трябва да се избягва, ако е възможно.
Дългосрочните проблеми могат да включват развитие на болест, известна като "силикоза", ако пепелта има значително съдържание на силициев диоксид. Националният институт по безопасност и здраве на САЩ препоръчва специфични видове маски за изложените на вулканична пепел. Всеки, който вече страда от проблеми като бронхит, емфизем или астма, трябва да избягва експозицията.
Сухата вулканична пепел може да залепне за влажно човешко око, а малките пепелни частици бързо причиняват дразнене на очите. Този проблем е най-тежък сред хората, които носят контактни лещи. Съобщава се за известно дразнене на кожата от хората в зоните на пепел; обаче броят на случаите и тежестта им са ниски.
Пепел от Novarupta: Сателитно изображение на пейзажа около вулкана Новарупта с контури на пепел и зона на пирокластичен поток на изригването от 1912 г., показани като цветни линии. Сателитна снимка от Дж. Алън (НАСА), използвайки данни от Университета на Мериленд. Картография от Б. Коул,. По-голямо изображение.
Въздействие върху селското стопанство:
Животновъдството страда от същите проблеми с очите и дихателните пътища, които бяха описани по-горе за хората. Животните, които се хранят чрез паша, биха могли да не могат да се хранят, ако пепелта покрива хранителния им източник. Тези, които се хранят от покрит с пепел хранителен източник, често страдат от редица заболявания. Земеделските стопани в зоните на обезводняване може да се наложи да осигурят допълнителна храна за животните си, да ги евакуират или да ги изпратят за ранно клане.
Пепелта от само няколко милиметра обикновено не причинява сериозни щети на пасищата и посевите. По-дебелите натрупвания на пепел обаче могат да повредят или убият растенията и пасищата. Плътните натрупвания могат да повредят почвата, като убиват микрофитите и блокират навлизането на кислород и вода. Това може да доведе до състояние на стерилна почва.
Щети от вулканичен пепел: Сгради, повредени от мокър пепел. USGS изображение. По-голямо изображение.
Вулканична пепел: USGS видео, обясняващо влиянието на вулканичната пепел върху въздушния трафик.
Въздействие върху сградите:
Сухата пепел тежи около десет пъти по-голяма от плътността на пресния сняг. Гъстият пепел на покрива на сграда може да го претовари и да причини срутване (виж изображението). Повечето сгради не са проектирани да поддържат това допълнително тегло.
Веднага след обилен пепел, една от приоритетните задачи е изчистването на пепелта от покривите на сградите. Ако вали дъжд преди отстраняването на пепелта, той може да бъде погълнат от пепелта и да увеличи теглото. Мократа пепел може да има плътност двадесет пъти по-голяма от тази на пресния сняг.
Вулканичната пепел може да запълни улуците на сграда и да задръсти изпускателните канали. Пепелта сама може да бъде много тежка и ако стане мокра от дъжд, теглото често ще дърпа улуци от къщи. Пепел в комбинация с вода може да бъде корозивен за метални покривни материали. Мократа пепел също е проводник и когато се натрупа около външните електрически елементи на сградата, може да доведе до сериозни наранявания или повреди.
Климатиците и климатичните системи могат да се повредят или да се повредят, ако филтрите им са запушени или отворите им са покрити от вулканична пепел. Подвижните части на оборудването могат да се носят бързо, ако между тях попадне абразивна пепел.
Въздействие върху уредите:
Фината пепел и прах могат да проникнат в сградите и да причинят проблеми с уредите. Абразивната пепел може да доведе до необичайно износване на подвижните части в електромоторите. Прахосмукачките, пещите и компютърните системи са особено уязвими, защото обработват много въздух.
Тъмнина поради вулканичен пепел: Пепелта във въздуха може да блокира слънчевата светлина и да направи тъмните места под пепеляв плам в средата на деня. Вулкан Суфриер Хилс, изображение от 1997 г. Изображение на USGS. По-голямо изображение.
Въздействие върху комуникациите:
Вулканичната пепел може да има електрически заряд, който пречи на радиовълните и други излъчвания, предавани във въздуха. Радио, телефон и GPS оборудване може да не могат да изпращат или получават сигнали с изригващ вулкан наблизо. Пепелта може също да повреди физически съоръжения като проводници, кули, сгради и оборудване, необходими за поддържане на комуникациите.
Въздействие върху съоръженията, генериращи енергия:
Вулканичната пепел може да причини спиране на съоръженията, генериращи енергия. Тези съоръжения понякога се изключват, за да се избегнат щети от пепелта. Те могат да останат надолу, докато пепелта не бъде премахната. Това предпазва основното оборудване от повреда, но нарушава обслужването на електрозахранването за милиони хора.
Вулканична пепел на автомобили във въздушна база Кларк във Филипините след изригването през 1991 г. на планината Пинатубо. Този паркинг е на около 25 километра източно от изригването и получи около 9 сантиметра пепел. Изображение на USGS от Р. П. Хоблит. По-голямо изображение.
Въздействие върху наземния транспорт:
Първоначалното въздействие върху транспорта е ограничение на видимостта. Пепелта изпълва въздуха и блокира слънчевата светлина. Може да е тъмно като нощта посред бял ден. Пепелта покрива и пътна маркировка. Само един милиметър пепел може да затъмни центъра и основните линии на магистрала.
Друго въздействие е върху автомобилите. Те преработват огромни количества въздух, който ще съдържа вулканичен прах и пепел. Първоначално това се улавя от въздушния филтър, но бързо може да бъде затрупано. Тогава абразивният прах влиза в двигателя, за да повреди внимателно обработените части и да запуши малки отвори.
Вулканичната пепел се натрупва на предните стъкла на автомобилите, създавайки необходимост от използване на чистачките. Ако се използват чистачките, абразивната пепел между предното стъкло и чистачките може да надраска прозореца, понякога създавайки замръзнала повърхност, която е невъзможно да се види през.
Вулканичният прах и пепел, покриващи пътищата, могат да доведат до загуба на сцепление. Ако пътищата се намокри, сухата пепел се превръща в много хлъзгава кал. Пътищата и улиците трябва да бъдат лопати, сякаш е паднал сняг, който не се топи.
Пепелни слоеве във Филипините: А) участък от моста на река Санто Томаш на север от Сан Нарцисо, Замбалес; 32 км западно-югозападно от отдушник. Слой А е 8 мм пепел с размер на пясък; слой В е 4 мм предимно фина пепел. Забележете слабо нормално класифициране на слой С и разпръснати груби кластове по повърхността на находището.
Б) Наносите на Тефра падат по непромокаем път по поречието на река Марела на 10,5 км югозападно от отдушника. Слой А с дебелина около 4 см се състои от груба пепел и фини лапили; слой В се състои от няколко тънки слоя пепел; слой С е дебел 33 см и е най-дебелият участък от най-откритото климатично находище на пемза. Обърнете внимание на нормалното класиране като цяло, но 2-сантиметровият пелис лапилус в горната лява част. Слой D се състои от две слоеве с фина пепел с дебелина 3 до 4 см, разделени от легло от преработена с вода пемзова пепел.
В) Тефра отлага по непроявен път на около 9 км югоизточно от отдушник, северната страна на река Гумайн. Слой В е с дебелина 23 см и се състои от множество градуирани пепелни легла; слой С е дебел 31 см и има две зони в долната част с незначителни фини пепелни покрития.
Г) Секция при устието на каньона на река Пасиг на около 15 км източно от отдушника. Слоят В е с дебелина 10 см, а слой С е с дебелина около 18 см; забележете зони, богати на пепел, които се открояват поради повишената кохезивност. USGS Images от W.E. Скот и Дж. Дж. Майор. По-голямо изображение.
Въздействие върху въздушния транспорт:
Съвременните реактивни двигатели преработват огромни количества въздух. Те изтеглят въздух в предната част на двигателя и го изпускат отзад. Ако вулканичната пепел се изтегли в реактивен двигател, тя може да се нагрее до температури, които са по-високи от температурата на топене на пепелта. Пепелта може да се стопи в двигателя, а мекият лепкав продукт може да се придържа към вътрешността на двигателя. Това ограничава въздушния поток през двигателя и придава тежест на самолета.
Вулканичната пепел доведе до повреда на двигателя на няколко самолета. За щастие пилотите успяха да кацнат безопасно с останалите си двигатели. Днес вулканите се наблюдават за признаци на изригване и самолети се насочват около райони, които могат да съдържат въздушна пепел.
Вулканичната пепел, окачена във въздуха, може да има абразивен ефект върху самолети, летящи през нея със стотици километри в час. При тези скорости частици пепел, въздействащи върху предното стъкло, могат да пясъчат повърхността до матирано покритие, което затъмнява гледката на пилотите. Пясъкоструенето може също така да премахва боя и яма от метал върху носа и по водещите ръбове на крилата и навигационното оборудване.
На летищата се срещат същите проблеми с пистите, както се вижда по пътищата. Маркировките на пистите могат да бъдат покрити с пепел. Самолетите могат да загубят сцепление при кацане и излитане. И пепелта трябва да бъде премахната преди операциите да се върнат към нормалното.
Международната организация за гражданска авиация призна необходимостта да информира пилотите и диспечерите на въздушното движение за вулканичните опасности. За целта те работиха с правителствените агенции за създаването на няколко консултативни центъра за вулканичен пепел. Тези центрове наблюдават вулканичната активност и докладват за пепелните петна в рамките на тяхната зона за наблюдение.
Вулканична пепел: USGS видео, обясняващо влиянието на вулканичната пепел върху въздушния трафик.
Въздействие върху водоснабдителните системи:
Системите за водоснабдяване могат да бъдат засегнати от пепелници. Когато общността използва отворено водоснабдяване, като река, резервоар или езеро, падналата пепел ще се превърне в суспендиран материал във водоснабдяването, който трябва да бъде филтриран преди употреба. Преработката на вода с суспендирана абразивна пепел може да бъде вредна за помпите и филтриращото оборудване.
Пепелта също може да причини временни промени в химията на водата. Пепел в контакт с вода може да понижи pH и да увеличи концентрацията на йони, извлечени от пепелния материал. Те включват: Cl, SO4, Na, Ca, K, Mg, F и много други.
Въздействие върху системите за отпадни води:
Пепел, попадащ по градските улици, веднага ще навлезе в канализационната система на бурята. Ако канализационната вода, натоварена с пепел, се преработва, суспендираната пепел може да претовари оборудването и филтрите и да причини повреда на помпите и клапаните. Това също се превръща в проблем с изхвърлянето. Кал или каша от пепел може да се втвърди в материал, подобен на бетона.
Планиране на вулканичен пепел
Общностите, разположени близо до или надолу от вулкани с потенциал за образуване на пепелни изригвания, трябва да вземат предвид потенциалното въздействие на вулканичната пепел и да планират начини за справяне с нея и да сведат до минимум нейното въздействие. Много по-лесно е да се образовате за даден проблем и да предприемете действия предварително, отколкото да се сблъскате с огромен проблем без предупреждение.