Vulkanikus gáz - kémiai iskola

Vulkáni gáz

Mikor vulkáni gázok olyan gázok, amelyek a vulkanikus tevékenység során a föld felszínéről kerülnek elő. A kijárat szűken meghatározott területeken történhet (pl. A vulkáni kráternél, fumaroloknál, szolfataráknál), vagy nagy területen, diffúzan a vulkán szélétől.

Megjelenése

Amikor az olvadt kőzet emelkedik a vulkán kéményében, a csökkenő nyomás következtében az olvadt kőzetben korábban oldott gázok felszabadulnak, és többé-kevésbé („békés” kitörések esetén is sok gáz szabadul fel) robbanásveszélyes kitörésekkel szabadulnak fel. Még a vulkán alatti magmakamrában is a frakcionált kristályosodás folyamata lehetővé teszi az illékony alkotórészek dúsulását a maradék olvadékban a megfelelő telítettségi határon túl, így gázbuborékok formájában saját fázist alkotnak. A gázok és a környező olvadék közötti sűrűségbeli különbség miatt a gázbuborékok felemelkednek és egyidejű lávakivonás nélkül távozhatnak a vulkánból.

fogalmazás

A vulkánokból felszabaduló gázok általában különböző anyagok keverékei. Szinte az összes vulkanikus gáz fő alkotóeleme a vízgőz (H2O), a szén-dioxid (CO2), a kén-dioxid (SO2), a hidrogén-szulfid (H2S), a sósav (HCl) és a hidrogén-fluorid (HF). Ammónia, néhány nemesgáz, szén-monoxid, metán és hidrogén is előfordulhat változó százalékban. A gáz mennyisége és összetétele nagymértékben függ az olvadt kőzet jellegétől, amelyből származik. A bazaltos olvadékokból felszabaduló gázokban a CO2 dominál, míg a riolitos magmák nagyobb mennyiségben főleg vízgőzben domináló gázokat termelnek.

fontosságát

A vulkáni gázok részben üvegházhatású gázok
a földi víz egy része vulkanikus gázokból származik
a vulkáni gázok összetételének változása jelezheti a közelgő vulkánkitörést

Korábban azt hitték, hogy vannak olyan vulkáni gázkitörések, amelyek a láva kinyerése nélkül következnek be. Ezeket tették felelőssé a maars kialakulásáért, például a német Vulkaneifelben vagy a francia Auvergne-ben. A vulkanológusok most már biztosak abban, hogy maarok keletkeznek, amikor a magma érintkezik a felszín alatti vizekkel, amelyek robbanásszerűen elpárolognak.

Hatások és dimenziók

A vulkánok gázkibocsátásukkal hosszú ideig, és egyedi esetekben rövid időn keresztül is nagy hatással vannak a földi életre.

Geológiai időintervallumokban tekintve a vulkáni CO2-kibocsátások potenciális klíma-visszacsatolási mechanizmust jelentenek, amely valószínűleg megmentette a földet az állandó globális jegesedéstől.
Évek alatt azonban a nyomanyagok és a hamu kibocsátása jelentősen csökkentheti a napsugárzást és ezáltal a talajon lehűlhet. 1991-ben, a Fülöp-szigeteki Pinatubo vulkán kitörését követő években a légköri hőmérséklet 0,5 fok körüli csökkenését mérték.
Különösen lenyűgöző példa a vulkánkitörések éghajlatra gyakorolt pusztító hatására az úgynevezett nyár nélküli év (1816), amelyben Észak-Amerika és Európa néha katasztrofális terméshibákat és éhínséget szenvedett. A jégmagokban a nagy vulkánkitörésekből származó hamu rétegek, amelyek csökkent hőmérséklethez társultak. [1]

A vulkanikus gócok gázkibocsátásának méreteire példa a Vukan Popocatépetl, amely Mexikóváros 20 millió lakosú agglomerációjától mintegy 60 km-re található. Az 1996 márciusa és 1998 januárja között megnövekedett aktivitású időszakokban a Popocatépetl ismételt kitöréseket hajtott végre, amelyekben időnként naponta több mint 10 000 tonna kén-dioxid került a légkörbe. Ez az összes antropogén - ember által előidézett - kén-kibocsátás körülbelül negyedének felel meg, valamint Közép- és Dél-Amerika kibocsátásának mintegy felének. [2]

A vulkánok nagy mennyiségű halogént bocsátanak ki, például brómot vagy klórt, amelyek jelentős hatással vannak az ózon egyensúlyára (Idézet). [3]

A kiáramló gázok mennyiségének meghatározása

A tudósok úgy határozzák meg a vulkánból származó gáz kibocsátási sebességét, hogy először az anyag teljes mennyiségét megmérik a tolla keresztmetszetében, merőlegesen a terjedési irányra, a DOAS módszerrel, majd ezt megszorozzák a szél sebességével. Az emissziós arány például azt jelzi, hogy mennyi SO2-kibocsátás történik másodpercenként, nap vagy év alatt. [4]

A szélsebességet korábban úgy határozták meg, hogy a szélen mérte a földet vagy a kráter szélét. Ezek azonban összetettek, pontatlanok, sőt néha veszélyesnek bizonyultak. A kapott adatok szintén csak részben reprezentálták a vulkanikus gócban ténylegesen érvényesülő szélirányt és sebességet. Ma a DOAS-módszert alkalmazzák az úgynevezett korrelációs módszerre, amikor a DOAS-eszközt két szélirányú nézési irányra gyors váltakozással mutatják be. Az eljárás során kihasználják azt a tényt, hogy a vulkáni góc nem keveredik homogén módon, és a gázok meglehetősen egyenetlenül oszlanak meg. Ez strukturált idősort eredményez az egyes nézési irányokhoz. Minden alkalommal, amikor egy megnövekedett kén-dioxid-koncentrációjú felhő áthalad, csak az egyik mérési pont jelent maximumot, rövid idő múlva a másik mérési pont. Az időeltolódás megfelel annak az időnek, amelyre a vulkanikus gólya egyik nézőirányból a másikba mozog. A látási irányok közötti szög és a vulkanikus tollhoz való távolság ismerete miatt ismerni kell a vízszintes két nézési irány közötti távolságot is. A szél sebességét a távolság és az idő eltolásának hányadosa alapján számítják ki. [5]

Kutatás fejlesztése

Az utóbbi időben a vulkáni emisszió nyomon követésének eszközeit jelentősen javították. 2001-ben a Heidelbergi Egyetem Környezetfizikai Intézetének Légköri és Távérzékelési Munkacsoportjának kutatói a svédországi Göteborgban, a Chalmers Műszaki Egyetem tudósaival együtt először végeztek DOAS-méréseket vulkanikus csövekben. Bár a kén-dioxid spektroszkópos mérését a vulkáni víztüzekben az 1970-es évek óta más módszerekkel hajtották végre, az új módszer sokkal kisebb és ezért könnyebben kezelhető műszerek építését tette lehetővé. A kén-dioxid mellett a kutatók nagyszámú egyéb nyomgázt is képesek voltak először kimutatni, például halogén- és nitrogén-oxidokat. [6]

A magmában lévő különböző gázok eltérő oldat-viselkedése azt a megfontolást eredményezte, hogy a gázkibocsátás változásai információt szolgáltathatnak-e a magma viselkedéséről, pl. B. Növekvő folyamatok megjelenítése, és ezáltal a járványok bejelentése is. Ebből a célból a kutatás szisztematikus mérések segítségével történt és zajlik, pl. B. Popocatepetl (Mexikó), Masaya (Nicaragua), Etna (Olaszország), Gorely, Mutnovsky (mindkét Kamcsatka) és Nyiragongo (Kongó) helyeken. Állandó mérőállomásokat hoztak létre Popocatepetl, Masaya és Etna területén. [7]

A vulkáni emisszió műholdak segítségével történő mérésének lehetőségei szintén jelentősen javultak. A globális ózonmegfigyelési kísérlet (GOME) 1995-ös kezdete óta a kimutatási határok jelentősen csökkentek a jobb spektrális letapogatás miatt. Más hasonló tulajdonságú műszereket (SCIAMACHY, OMI, GOME-2) később adtunk hozzá. Ezeknek a jelentősen javított kimutatási határoknak és a kiterjedt térbeli lefedettségnek köszönhetően a modern műholdas műszerek jelentősen kibővített hozzáférést biztosítanak a vulkáni tevékenység globális monitorozásához és kibocsátásának számszerűsítéséhez. Például a vulkáni emissziók légköri transzportját műholdas megfigyelések segítségével gyakran több napon keresztül nyomon lehet követni (egyedi esetekben akár egy hónapos időszakok alatt is). Ez lehetővé tette a vulkánok hatásainak regionális és globális szintű vizsgálatát. Ezenkívül a távoli régiók vulkánjait először műholdas megfigyeléssel lehetett mérni. [8.]