Gaz vulcanic - Școala de chimie

Gaz vulcanic

Cand gaze vulcanice sunt gaze care ies de pe suprafața pământului în timpul activității vulcanice. Ieșirea poate avea loc fie în zone îngust definite (de exemplu, la craterul vulcanic, fumarole, solfataras), fie pe o zonă mare difuză de pe flancurile unui vulcan.

Apariția

Când roca topită se ridică în coșul de fum al unui vulcan, datorită presiunii în scădere, gazele dizolvate anterior în roca topită sunt eliberate și se descarcă cu mai mult sau mai puțin (chiar și cu erupții „pașnice” se degajă mult gaz) erupții explozive. Chiar și într-o cameră magmatică de sub vulcan, procesul de cristalizare fracționată permite constituitorilor volatili să fie îmbogățiți în topitura reziduală dincolo de limita de saturație respectivă, astfel încât să-și formeze propria fază sub formă de bule de gaz. Datorită diferenței de densitate dintre gaze și topirea înconjurătoare, bulele de gaz cresc și pot scăpa din vulcan fără extracția simultană a lavei.

compoziţie

Gazele eliberate de vulcani sunt de obicei un amestec de substanțe diferite. Principalele componente ale aproape tuturor gazelor vulcanice sunt vapori de apă (H2O), dioxid de carbon (CO2), dioxid de sulf (SO2), hidrogen sulfurat (H2S), acid clorhidric (HCl) și fluorură de hidrogen (HF). Amoniacul, unele gaze nobile, monoxidul de carbon, metanul și hidrogenul pot apărea, de asemenea, în procente variate. Cantitatea și compoziția gazului depind în mare măsură de natura rocii topite din care iese. Gazele care sunt eliberate din topiturile bazaltice sunt dominate de CO2, în timp ce magmele riolitice produc cantități mai mari de gaze dominate în principal de vapori de apă.

importanţă

Gazele vulcanice sunt parțial gaze cu efect de seră
o parte din apa de pe pământ provine din gaze vulcanice
schimbarea compoziției gazelor vulcanice poate indica o erupție vulcanică iminentă

Se credea anterior că există erupții de gaze vulcanice care apar fără extragerea lavei. Acestea erau i.a. a devenit responsabil pentru formarea maarilor, cum ar fi în Vulkaneifel german sau în Auvergne franceză. Vulcanologii sunt acum siguri că maars se formează atunci când magma intră în contact cu apa subterană, care se evaporă exploziv.

Efecte și dimensiuni

Cu emisiile lor de gaze, vulcanii exercită o mare influență asupra vieții de pe pământ pe termen lung și, în cazuri individuale, și pe perioade scurte de timp.

Privite pe perioade geologice de timp, emisiile de CO2 vulcanice reprezintă un potențial mecanism de feedback climatic care probabil a salvat Pământul de glazura globală permanentă.
Cu toate acestea, pe o perioadă de ani, emisia de urme de substanțe și cenușă poate duce la o radiație solară foarte redusă și, astfel, la răcirea solului. În 1991, în anii care au urmat erupției vulcanului filipinez Pinatubo, a fost măsurată o scădere a temperaturilor atmosferice de aproximativ 0,5 grade.
Un exemplu deosebit de impresionant al efectului devastator al erupțiilor vulcanice asupra climei este așa-numitul an fără vară (1816), în care America de Nord și Europa au suferit eșecuri catastrofale ale culturilor și foamete. Straturile de cenușă de la erupții vulcanice mari, care au fost asociate cu temperaturi reduse, pot fi, de asemenea, detectate în miezurile de gheață. [1]

Un exemplu al dimensiunilor emisiilor de gaze din penele vulcanice este Vukan Popocatépetl, care se află la aproximativ 60 km de aglomerarea de 20 de milioane de locuitori din Mexico City. În perioadele de activitate crescută între martie 1996 și ianuarie 1998, Popocatépetl a avut erupții repetate în care peste 10.000 de tone de dioxid de sulf pe zi au fost eliberate în atmosferă. Aceasta a corespuns aproximativ un sfert din totalul emisiilor antropice de antropogenitate - provocate de om - în Europa și aproximativ jumătate din emisiile combinate din America Centrală și de Sud. [2]

Vulcanii emit cantități mari de halogeni precum bromul sau clorul, care au o influență semnificativă asupra echilibrului ozonului (Citat). [3]

Determinarea cantității de gaze evacuate

Oamenii de știință determină rata de emisie a unui gaz dintr-un vulcan măsurând mai întâi cantitatea totală de substanță într-o secțiune transversală a panoului perpendicular pe direcția de propagare folosind metoda DOAS și apoi înmulțind aceasta cu viteza vântului. Rata de emisie dă de ex. cât de mult SO2 este emis pe secundă, zi sau an. [4]

Viteza vântului a fost determinată anterior prin măsurarea vântului pe sol sau la marginea craterului. Cu toate acestea, acestea s-au dovedit a fi complexe, imprecise și uneori chiar periculoase. Datele obținute au fost, de asemenea, doar parțial reprezentative pentru direcția și viteza vântului care prevalează efectiv în panoul vulcanic. Astăzi, metoda DOAS este utilizată pentru așa-numita metodă de corelație, prin care dispozitivul DOAS este direcționat rapid către două direcții de vizualizare în direcția vântului. Procesul profită de faptul că panoul vulcanic nu este amestecat omogen și gazele sunt distribuite mai degrabă inegal. Acest lucru are ca rezultat o serie de timp structurată pentru fiecare dintre direcțiile de vizionare. De fiecare dată când trece un nor cu o concentrație crescută de dioxid de sulf, un singur punct de măsurare raportează maxim, la scurt timp celălalt punct de măsurare. Decalajul de timp corespunde timpului necesar pentru deplasarea vulcanului dintr-o direcție de vedere în cealaltă. Pe baza cunoașterii unghiului dintre direcțiile de vizionare și distanța până la panoul vulcanic, se cunoaște, de asemenea, distanța dintre cele două direcții de vizionare din pană. Viteza vântului este calculată din coeficientul distanței și al decalajului de timp. [5]

Dezvoltarea cercetării

În ultima perioadă, instrumentele de monitorizare a emisiilor vulcanice au fost îmbunătățite semnificativ. În 2001, cercetătorii din cadrul Grupului de lucru pentru atmosferă și teledetecție de la Institutul de fizică a mediului de la Universitatea Heidelberg, împreună cu oamenii de știință de la Universitatea de Tehnologie Chalmers, Gothenburg, Suedia, au efectuat pentru prima dată măsurători DOAS în penele vulcanice. Deși măsurătorile spectroscopice ale dioxidului de sulf din penele vulcanice au fost efectuate folosind alte metode încă din anii 1970, noua metodă a permis construirea unor instrumente mult mai mici și, prin urmare, mai ușor de manevrat. În plus față de dioxidul de sulf, cercetătorii au putut, de asemenea, să detecteze pentru prima dată un număr mare de alte urme de gaze, cum ar fi halogenii și oxizii de azot. [6]

Comportamentul diferit al soluției diferitelor gaze din magmă a condus la luarea în considerare a faptului dacă modificările emisiilor de gaze ar putea furniza informații despre comportamentul magmei, de ex. B. Arătați procese ascendente și anunțați astfel și focare. În acest scop, cercetarea a fost și are loc utilizând măsurători sistematice, de ex. B. pe Popocatepetl (Mexic), Masaya (Nicaragua), Etna (Italia), Gorely, Mutnovsky (ambele Kamchatka) și Nyiragongo (Congo). Stații de măsurare continue au fost amenajate la Popocatepetl, Masaya și Etna. [7]

Posibilitățile de măsurare a emisiilor vulcanice cu ajutorul sateliților au fost, de asemenea, mult îmbunătățite. De la începutul experimentului global de monitorizare a ozonului (GOME) în 1995, scanarea spectrală îmbunătățită a redus semnificativ limitele de detecție. Alte instrumente cu proprietăți similare (SCIAMACHY, OMI, GOME-2) au fost adăugate ulterior. Datorită acestor limite de detectare foarte îmbunătățite și a acoperirii spațiale extinse, instrumentele moderne prin satelit deschid accesul extins semnificativ la monitorizarea globală a activității vulcanice și cuantificarea emisiilor sale. De exemplu, transportul atmosferic al emisiilor vulcanice poate fi adesea urmărit pe parcursul mai multor zile folosind observații prin satelit (în cazuri individuale pe perioade de până la o lună). Acest lucru a făcut posibilă examinarea efectelor vulcanilor la scară regională la nivel mondial. În plus, vulcanii din regiunile îndepărtate ar putea fi măsurați pentru prima dată prin observarea prin satelit. [A 8-a]