11.7.5.3 Sopečného Popela
VA explozivně vybuchla ze sopky se obvykle skládá ze směsi pemzy/střepy (v podstatě rozloží magma), úlomky starších hornin od sopky, a variabilní poměru krystaly nebo krystal fragmenty různých křemičitanů a dalších méně hojné minerální druhy. Obrázek 1 (a) ukazuje prašné podmínky v Homeru na Aljašce, které vytvořil ashfall od erupce Mt ze 4.dubna 2009. Redoubt je přibližně 105 km daleko.,
Akutní respirační účinky na zdraví z expozice na VA byly zaznamenány, jako je astma, podráždění dýchacích cest, a možné související kardiopulmonální problémy. Tyto částečně v důsledku expozice vysokým koncentracím nebo resuspendované částice popela, které mohou být vdechnuty hluboko do bronchiolární nebo alveolární části dýchacího traktu (< 2,5 až 10 µm)., Jako mrak popela z jedné erupce se pohybuje po větru, hrubší a těžší částice mají tendenci se usazovat, a tak podíl částic popela v nejmenší velikost se pohybuje obvykle výrazně zvyšuje ve srovnání s těmi, v hrubší velikost se pohybuje ale snížení celkové hmotnosti (Obrázek 2). Distribuce velikosti částic popela se může také lišit jako funkce typu erupce a dynamiky, a to i při různých erupcích ze stejné sopky., Jak poznamenal Horwell a Baxter (2006), jasan částice mají silnou tendenci se shlukovat, takže je pravděpodobné, že podíl částic prachu, které jsou ve skutečnosti respired může být mnohem menší, než množství nalézt pomocí laserové analýzy vodného ash pozastavení. Srážky mohou změnit rozložení velikosti částic usazených ložisek popela, možná selektivně odstraní jemnější frakci odtokem (Obrázek 2).
Obrázek 2., Tento graf ukazuje rozložení velikosti částic (jak je stanoveno pomocí laserového Malvern Mastersizer) ložisek popela od 18.května 1980 Mt. Erupce St. Helens ve státě Washington ve Spojených státech se shromažďovala v postupně větších vzdálenostech po větru od sopky. Přibližné horní meze velikosti fyziologického významu jsou také uvedeny na pozemku.
morfologie částic popela může také hrát roli při podráždění dýchacích cest., Například ostré hrany na skleněných střepech a rozbitých krystalech (obrázek 3) mohou způsobit oděr tkání lemujících dýchací cesty a oči.
Obrázek 3. Moderní skenovací elektronová mikroskopie (SEM) software pro analýzu obrazu poskytuje prostředky k relativně rychlému posouzení množství jednotlivých minerálů ve vzorku DM. Tento snímek SEM je mapa prvků popela z erupce sopky Mount Merapi v Indonésii v roce 2010., Kruhy vrcholem fází, kde oxid křemičitý je osamělý složky (magenta) a ukazují, že mnoho z oxidu křemičitého-pouze zrna jsou větší než 15-25 µm v průměru a jsou připojeny k jiné minerální zrna. Zobrazovací software umožňuje výpočet areálního procenta fází oxidu křemičitého přítomných ve vzorku, v tomto případě přibližně 2% zrn. Analýzu provedl Heather Lowers, USGS.,
potenciální toxicity dýchatelného krystalického křemene ve VA byl obav z respiračního hlediska ochrany zdraví na nějakou dobu (Horwell a Baxter, 2006; Horwell et al., 2010)., Počet detailní epidemiologické a toxikologické studie specifické pro VA je omezený, a ty, které byly doposud na VA exponované populace nejsou nutně rozhodující, pokud jde o riziko pro rozvoj silikózy, nespecifické pneumokonióza, nebo jiné plicní onemocnění (např. rakovina plic nebo chronická obstrukční plicní nemoc), které jsou běžně spojeny s pracovišti expozice vysokým úrovním relativně čistý krystalický oxid křemičitý (Horwell a Baxter, 2006)., Cristobalit, řada krystalického oxidu křemičitého, je nejhojnější v popelu z erupcí, které jsou důsledkem kolapsu sopečných kopulí (Horwell a Baxter, 2006). Cristobalit se tvoří zpočátku přímým ukládáním ze sopečných plynů do zlomenin kopule. Cristobalit identifikace ve VA prostřednictvím XRD vyžaduje specializované předčištění popela z důvodu XRD vrcholu překrývají s calcic plagioklasu (Horwell et al., 2010)., Nicméně, relativně nové metody pro prvek mapování a analýzy pomocí SEM může poskytnout poměrně rychlý údaj o podíl z čistého oxidu křemičitého fází spolu s klíčové informace o jejich výskytu a velikost distribuce v usadil popel vzorků (Obrázek 3). Je důležité si uvědomit, že potenciální toxicity krystalické siliky snižuje, jak je ředit jinými hlinitokřemičité minerály, a jako polehčující efekt by mohl jasně dojít s VA, vzhledem k množství jiných silikátových minerálů a skla (Horwell a Baxter, 2006; Plumlee a Ziegler, 2007).,
Fluorózy u hospodářských zvířat, volně žijících živočichů, a více zřídka u lidí je také další důležité zdravotní obavy v některých geologicky příznivé sopky, kde magmat nebo erupce procesy vedou k relativně fluor bohaté na popel, tak jako v roce 2010 Eyjafjallajökull a další Islandu sopka erupce; malé 2008-09 Halema’uma ‚ u kráteru erupce, sopky Kilauea, Havaj; 1995-96 Ruapehu erupce, Nový Zéland; a 2007 Oldoinyo Lengai erupce, Tanzanie., Fluorid, spolu s síran, chlorid, kyselina, a některé stopové kovy, může být vázána v relativně rozpustné soli ve VA nebo je volně sorbovaných na VA částic povrchy (Witham et al., 2005). Ve většině VA, tyto soli nebo sorbovaných druhy jsou relativně malou část z celkového popela (v porovnání k velkému objemu skla a minerálních částic) a jsou výsledkem interakce částic prachu se vzduchem a plynných složek (včetně kyselé plyny) sopečný oblak (Witham et al., 2005)., V případě většiny VA z fluorid-bohaté systémy, fluoridy je poměrně bohatá a rozpustné ve vodě – buď fluorid je vyplavovány do povrchových zásob vody, které jsou spotřebovány nebo bioaccessible fluorid je rozpuštěna z popela, který se spotřebovává společně s pící pasoucí se zvěř nebo dobytek. U erupcí popela, jako jsou tyto, je přítomnost fluoridu rozpustného ve vodě snadno detekována testy na vyplavování vody, jako je USGS Field Leach Test (Hageman, 2007b)., V případě Ruapehu testy na vodu neukazovaly významné množství fluoridu rozpustného ve vodě, přesto několik tisíc ovcí zemřelo na fluorózu po erupci. Cronin et al. (2003) k závěru, že phreatomagmatic povaha některých Ruapehu erupce vedly ke vzniku kalcium a fluoridy hliník/fosfátové fáze v popílku, které jsou těžko rozpustné ve vodě, ale mnohem více rozpustný v trávicím systému pastvy zvířat. Morman a Plumlee (2010) a Caulkins et al., (2010) aplikovaná žaludeční IVBAs zkoumat, zda tyto testy mohou lépe předvídat potenciální fluoróza nebezpečí prostřednictvím náhodné VA požití.
výsledky testu USGS Field Leach na vzorcích popela, které byly uloženy suché a následně nepršelo (Hageman, 2007b; Wang et al., 2010) naznačují, že od většiny VA je třeba očekávat krátkodobé návaly kyseliny, aniontů a některých kovů do dešťové vody nebo povrchových vod., Popel, na který pršelo nebo který je z phreatomagmatických erupcí zahrnujících významnou vodu, produkuje podstatně vyšší-pH výluh s vysokou hladinou hlavních kationtů a nižšími hladinami stopových kovů (Wang et al., 2010) vzhledem k předchozímu propláchnutí rozpustných složek a větší době chemických reakcí mezi roztoky výluhu a částicemi popela. Tyto výsledky naznačují, že potenciál pro uvolňování kyseliny a kovů z popela se pravděpodobně v průběhu času výrazně sníží v důsledku interakcí s dešťovými srážkami.,
na rozdíl od silikátové – a skla-dominuje popel z nejvíce erupce, popel z řady relativně malé erupce v roce 2008-09 v Halema’uma ‚ vrchol kráteru Kīlauea volcano, Hawaii, obsahuje vysoký podíl vápníku, síranů a komplexní fáze obsahující železo, chlorid, síran, hliníku, fosfátů a dalších prvků, která vznikla jako přímý vysráží z magmatických plynů na lomové povrchy, zdi, skály v blízkosti povrchu kráteru., Kolaps stěny skály do kráteru krku brání toku plynu, což vede k overpressuring a případné výbušné uvolnění sraženiny-bohatý materiál (Houghton et al., 2011). Vzhledem k vysokému podílu těchto precipitátů v ejecta, vody výluhy z Halema’uma ‚ ash vzorky jsou velmi kyselé a mají nejvyšší koncentrace rozpustných fluoridů a různých kovových obsah, který jsme změřili pomocí USGS Oboru Leach Test.,
va ze sopky Oldoinyo Lengai v Tanzanii je poměrně exotická kvůli natrocarbonatitické, oxid uhličitý bohaté povaze magmat (Mitchell a Dawson, 2007). Množství neobvyklých uhličitanových fází produkuje nejvyšší pH výluhy všech VA, které jsme analyzovali. Jak voda, tak žaludeční výluhy mají extrémně vysoké koncentrace fluoridů a exotických prvků (pro va výluhy), jako je molybden, arsen a vanad., Fluoróza, která by byla předvídatelná na základě těchto výsledků, je již léta dobře známa kvůli povaze vulkanických hornin bohatých na fluor v regionu. Výsledky však také zvyšují možnost toxicity z jiných prvků, které mohou být méně známé. Například, rozpustný molybden úrovně v desítkách ppm naznačují, že molybdenosis u zvířat, která se pasou v popel postižených oblastech nebo v oblastech, kompozičně podobné vulkanické horniny může být přijatelný obavy.,
pozornost se zaměřila pouze relativně nedávno na potenciální zdravotní účinky generace ROS kovy uvolněnými z respired VA. Horwell et al. (2003) zjistili, že popel z Soufrière Hills sopka vysoká reaktivita povrchu a vytváří vysoké hladiny ROS, které oni přisuzovali k uvolnění železa z popela. Více nedávno, Horwell et al. (2007) zjistil, že čedičový popel generuje v acelulárních laboratorních experimentech podstatně radikálnější druhy než více křemičitého popela, opět postulovaného v důsledku uvolňování železa., Sulfidy železa, které bylo prokázáno, že generování vysoké hladiny ROS v laboratorních pokusech (Harrington a Schoonen, 2012), jsou přítomny jedna nebo dvě procenta objemu v křemičité popílky, že jsme studovali z řady sopek. Není jasné, zda jsou tyto sulfidy přítomny v dostatečně vysokých hladinách, aby významně přispěly k tvorbě ROS, a proto toxicita, VA.
Provedli jsme IVBAs na popelu z řady různých sopek a erupcí pomocí simulantů plicní tekutiny a tekutin na bázi séra jako extrakčních tekutin., Výsledky naznačují, že různé redox-variabilní prvky, jako je mangan, měď, ceru, a jiní, mohou být spíše bioaccessible z respired částic popela, v mnoha popela vzorků ještě více než železo. Je zapotřebí další práce, abychom pochopili, zda by tyto prvky mohly také přispět k tvorbě ROS a potenciální toxicitě VA.