11.7.5.3 Vulkansk Aske
VA brød ud eksplosivt fra en vulkan er generelt består af en blanding af pimpsten/glassplinter (hovedsagelig slukkes magma), fragmenter af ældre sten fra vulkanen, og varierende andele af krystaller eller krystal fragmenter af forskellige silikater og andre mindre udbredte mineral typer. Figur 1 (a) viser de støvede forhold i Homer, Alaska, skabt af ashfall fra 4 April 2009 udbruddet af Mt. Redoubt er omkring 105 km væk.,
akut respiratorisk sundhed effekter fra eksponering for VA er blevet noteret, såsom astma, luftvejsirritation og mulige relaterede kardiopulmonale problemer. Disse delvis følge af eksponering for høje niveauer af luftbåret eller resuspenderet aske partikler, der kan være inhalerede dybt ind i bronchiolar eller alveolære dele af luftvejene (< 2,5 og 10 µm)., Da askeskyen fra et enkelt udbrud bevæger sig nedad, har de grovere og tungere partikler en tendens til at slå sig ud, og så øges andelen af askepartikler i de mindste størrelsesområder typisk væsentligt sammenlignet med dem i grovere størrelsesområder, men falder i total masse (figur 2). Askepartikelstørrelsesfordeling kan også variere som en funktion af udbrudstype og dynamik, selv i forskellige udbrud fra den samme vulkan., Som bemærket af Horwell og Baxter (2006), aske partikler har en stærk tendens til at klumpe sig sammen, så det er sandsynligt, at andelen af aske partikler, der er faktisk respired kan være meget mindre end de beløb, der er fundet via laser analyse af en vandig aske suspension. Nedbør kan ændre partikelstørrelsesfordelingen af aflejrede askeaflejringer, måske selektivt fjerne den finere fraktion gennem afstrømning (figur 2).
Figur 2., Dette plot viser partikelstørrelsesfordelingen (som bestemt ved hjælp af Laser Malvern Mastersi .er) af askeaflejringer fra 18 maj 1980 Mt. St. Helens eruption, Stateashington State, USA, indsamlet på gradvist større afstande vinden fra vulkanen. Omtrentlige øvre størrelsesgrænser af fysiologisk betydning vises også på plottet.
askepartiklernes morfologi kan også spille en rolle i irritationen af luftvejene., For eksempel, skarpe kanter på glasskår og brudte krystaller (figur 3) kan forårsage slid af væv foring luftvejene og øjne.
Figur 3. Moderne scanning electron microscopy (sem) billedanalysesoft .are giver et middel til relativt hurtigt at vurdere mængderne af bestemte mineraler i en DM-prøve. Dette sem-billede er et elementkort over aske fra 2010-udbruddet af vulkanen Mount Merapi, Indonesien., Cirklerne fremhæver faser, hvor silica er den ensomme bestanddel (magenta) og viser, at mange af silica-kun korn er større end 15-25 µm i diameter og er fastgjort til andre mineralkorn. Billeddannelsessoft .aren tillader beregning af arealprocenten af silica-kun faser, der er til stede i prøven, i dette tilfælde omkring 2% af kornene. Analysen blev udført af Heather lo .ers, USGS.,
potentielle toksicitet af respirable krystallinske silikater i VA har været en bekymring fra en respiratory health perspektiv for nogen tid (Horwell og Baxter, 2006; Horwell et al., 2010)., Antallet af detaljerede epidemiologiske eller toksikologiske undersøgelser specifikt for VA er begrænset, og dem, der er blevet gjort til dato, VA-eksponerede populationer er ikke nødvendigvis afgørende i forhold til risiko for udvikling af silikose, uspecifik pneumokoniose, eller andre lungesygdomme (såsom lungekræft, kronisk obstruktiv lungesygdom), som er mere almindeligt i tilknytning til arbejdspladsen eksponering for høje niveauer af relativt rent, krystallinsk silica (Horwell og Baxter, 2006)., Cristobalit, en række krystallinsk silica, er mest rigelig i aske fra udbrud, der skyldes sammenbrud af vulkanske kupler (Hor .ell og Ba .ter, 2006). Cristobalitten dannes oprindeligt ved direkte deponering fra vulkanske gasser i kuppelfrakturerne. Cristobalite identifikation i va via Viard kræver en specialiseret forbehandling af asken på grund af en overlaprd peak overlapning med calcic plagioclase (Hor .ell et al., 2010)., Imidlertid relativt nye metoder til element kortlægning og analyse ved hjælp af SEM kan give en relativt hurtig indikation af, at andelen af ren kvarts faser sammen med centrale oplysninger om deres forekomster og størrelsesfordeling i fast aske prøver (Figur 3). Det er vigtigt at bemærke, at den potentielle toksicitet af krystallinsk silica mindskes, da det er fortyndet med andre aluminiumsilikat, mineraler, og sådan en formildende effekt kunne tydeligt opstå i forbindelse med VA, da overflod af andre silikat mineraler og glas (Horwell og Baxter, 2006; Plumlee og Ziegler, 2007).,
Fluorose i husdyr, vilde dyr, og mere sjældent på mennesker, er også et andet vigtigt sundhedsproblem i nogle geologisk gunstige vulkaner, hvor magmas eller udbrud processer fører til relativt fluor-rige aske, såsom 2010 Eyjafjallajökull og andre islandske vulkan udbrud; lille 2008-09 Halema ‘ uma ‘ u krater vulkanudbrud, Kilauea vulkanen på Hawaii; 1995-96 Ruapehu vulkanudbrud, New Zealand; og 2007 Oldoinyo Lengai udbrud, Tanzania., Fluorid, sammen med sulfat, chlorid, syre, og nogle spormetaller, kan bindes op i relativt opløselige salte i VA eller er løst sorberet på VA partikeloverflader (.itham et al., 2005). I de fleste VA er disse salte eller sorberede arter en relativt lille bestanddel af den samlede aske (sammenlignet med det store volumen glas-og mineralpartikler) og er resultatet af interaktioner af askepartikler med luft og de gasformige komponenter (inklusive sure gasser) i den vulkanske plume (Withitham et al., 2005)., I tilfælde af de fleste VA fra fluorrige systemer, fluorid er relativt rigeligt og vandopløseligt-enten fluorid udvaskes i overfladevandsforsyninger, der forbruges, eller det bioaccessible fluorid opløses fra aske, der forbruges sammen med foder ved græsning af dyreliv eller husdyr. For askeudbrud som disse detekteres tilstedeværelsen af vandopløseligt fluorid let ved vandudvaskningstest, såsom USGS Field Leach Test (Hageman, 2007b)., I tilfælde af Ruapehu indikerede vandudvaskningstest ikke betydelige mængder vandopløseligt fluor, men alligevel døde flere tusinde får af fluorose efter udbruddet. Cronin et al. (2003) konkluderede, at den person karakteren af nogle af Ruapehu udbrud førte til dannelsen af calcium og aluminium fluorider/fosfat faser i asken, som er svagt opløseligt i vand, men meget mere opløseligt i fordøjelsessystemet af græssende dyr. Morman and Plumlee (2010) og Caulkins et al., (2010) anvendte gastriske IVBAs for at undersøge, om sådanne tests bedre kan forudsige potentielle fluorosefarer via en tilfældig va-indtagelse.
USGS Field Leach testresultater på prøver af aske, der blev deponeret tørt og ikke efterfølgende regnede på (Hageman, 2007b; 2007ang et al., 2010) tyder på, at kortsigtede skyller af syre, anioner og nogle metaller i regnvand eller overfladevand bør forventes fra de fleste VA., Aske, der er blevet regnet på, eller som er fra frreatomagmatiske udbrud, der involverer betydeligt vand, producerer et væsentligt højere pH-perkat med høje niveauer af større kationer og lavere niveauer af spormetaller (.ang et al., 2010) på grund af den forudgående skylning af opløselige komponenter og den større tid til kemiske reaktioner mellem perkakatopløsningerne og askepartiklerne. Disse resultater tyder på, at potentialet for frigivelse af syre og metaller fra aske sandsynligvis vil falde betydeligt over tid som følge af interaktioner med nedbør.,
I modsætning til den silikat – og glas-domineret af aske fra de fleste udbrud, aske fra en række forholdsvis lille udbrud i 2008-09 på Halema ‘ uma ‘ u-topmødet krateret, Kilauea vulkanen på Hawaii, indeholdt en stor andel af calcium sulfater og komplekse faser, der indeholder jern, klorid, sulfat, aluminium, fosfat og andre elementer, der opstod som direkte udskillelser fra magmatiske gasser på fraktur overflader af mur sten nær overfladen af krateret., Sammenbruddet af vægklipperne i kraterhalsen forhindrede gasstrømmen, hvilket førte til overtryk og eventuel eksplosiv frigivelse af det bundfaldrige materiale (Houghton et al., 2011). På grund af den høje andel af disse udskillelser i det udslyngede materiale, vand afløbsvand fra Halema ‘ uma ‘ u aske prøver er de mest sure og har de højeste koncentrationer af opløselige fluorid og diverse metal indholdet, som vi har målt ved hjælp af det APPALACHISKE Felt Udvaskes Test.,
VA-fra Oldoinyo Lengai vulkan i Tanzania er helt eksotiske på grund af den natrocarbonatitic, kuldioxid-en rig natur i magmas (Mitchell og Dawson, 2007). Overfloden af usædvanlige carbonatfaser producerer de højeste pH-perkakater af enhver VA, som vi har analyseret. Både vand og gastrisk perkolater har ekstremt høje koncentrationer af fluor og eksotiske elementer (for VA perkolater), såsom molybdæn, arsen, og vanadium., Fluorosen, der ville være forudsigelig baseret på disse resultater, har været kendt i årevis på grund af den fluor-rige natur af vulkanske klipper i regionen. Resultaterne øger imidlertid også muligheden for toksicitet fra andre elementer, der kan være mindre kendte. For eksempel, opløselige molybdæn niveauer i snesevis af ppm tyder på, at molybdæn hos dyr, der græsser i aske-ramte områder eller i områder af sammensætningsmæssigt lignende vulkanske bjergarter kan være en plausibel bekymring.,
opmærksomheden har kun for relativt nylig fokuseret på de potentielle sundhedseffekter af ROS-generation af metaller frigivet fra respireret VA. Hor alell et al. (2003) fandt, at aske fra vulkanen Soufri .re Hills har høj overfladereaktivitet og genererer høje niveauer af ROS, som de tilskrives frigivelsen af jernholdigt jern fra asken. For nylig Hor .ell et al. (2007) fandt, at basaltisk aske genererer væsentligt mere radikale arter i acellulære laboratorieforsøg end mere kiselsaske, igen postuleret for at være resultatet af jernfrigivelse., Jernsulfider, som har vist sig at generere høje niveauer af ROS i laboratorieforsøg (Harrington og Schoonen, 2012), er til stede op til en eller to volumenprocent i kiselsaske, som vi har studeret fra en række vulkaner. Det er uklart, om disse sulfider er til stede i tilstrækkeligt høje niveauer for at bidrage væsentligt til ROS generation af, og derfor toksicitet af, VA.
Vi har udført IVBAs på aske fra en række forskellige vulkaner og vulkanudbrud hjælp lunge væske simulatorer, og serum-baserede væsker som udvinding af væsker., Resultaterne antyder, at en række redo.-variable elementer, såsom mangan, kobber, cerium og andre, kan være temmelig bioaccessible fra respirerede askepartikler, i mange askeprøver endnu mere end jern. Yderligere arbejde er nødvendigt for at forstå, om disse elementer også kan bidrage til ROS-generation og potentiel toksicitet af VA.