Ceniza Volcánica

se han observado efectos agudos en la salud respiratoria de las exposiciones a la AV, como asma, irritación de las vías respiratorias y posibles problemas cardiopulmonares relacionados. Estos son en parte el resultado de la exposición a altos niveles de partículas de ceniza aerotransportadas o resuspendidas que pueden inhalarse profundamente en las porciones bronquiolares o alveolares del tracto respiratorio (< 2,5 a 10 µm)., A medida que la nube de ceniza de una sola erupción se mueve a favor del viento, las partículas más gruesas y más pesadas tienden a asentarse, por lo que la proporción de partículas de ceniza en los rangos de tamaño más pequeños generalmente aumenta sustancialmente en comparación con las de los rangos de tamaño más gruesos, pero disminuye en la masa total (Figura 2). La distribución del tamaño de las partículas de ceniza también puede variar en función del tipo de erupción y la dinámica, incluso en diferentes erupciones del mismo volcán., Como lo señalan Horwell y Baxter (2006), las partículas de ceniza tienen una fuerte tendencia a agruparse, por lo que es probable que la proporción de partículas de ceniza que realmente se respiran puede ser mucho menor que las cantidades encontradas a través del análisis láser de una suspensión acuosa de ceniza. La lluvia puede cambiar la distribución del tamaño de partícula de los depósitos de ceniza sedimentada, tal vez eliminando selectivamente la fracción más fina a través de la escorrentía (Figura 2).

la Figura 2., Esta gráfica muestra la distribución del tamaño de partícula (según lo determinado con láser Malvern Mastersizer)de los depósitos de ceniza desde el 18 de mayo de 1980 Mt. Erupción de St. Helens, Estado de Washington, Estados Unidos, recogida a distancias progresivamente mayores a favor del viento desde el volcán. Los límites aproximados de tamaño superior de importancia fisiológica también se muestran en la gráfica.

La morfología de las partículas de ceniza también puede desempeñar un papel en la irritación del tracto respiratorio., Por ejemplo, los bordes afilados en fragmentos de vidrio y cristales rotos (Figura 3) pueden causar abrasión de los tejidos que recubren las vías respiratorias y los ojos.

la Figura 3. El moderno software de análisis de imágenes de microscopía electrónica de barrido (SEM) proporciona un medio para evaluar relativamente rápidamente las cantidades de minerales particulares en una muestra de DM. Esta imagen SEM es un mapa de elementos de ceniza de la erupción del volcán Monte Merapi en 2010, Indonesia., Los círculos resaltan las fases donde la sílice es el único constituyente (magenta) y muestran que muchos de los granos de solo sílice son mayores de 15-25 µm de diámetro y están unidos a otros granos minerales. El software de imagen permite calcular el porcentaje areal de fases de solo sílice presentes en la muestra, en este caso alrededor del 2% de los granos. El análisis fue realizado por Heather Lowers, USGS.,

La toxicidad potencial de la sílice cristalina respirable en VA ha sido motivo de preocupación desde una perspectiva de salud respiratoria durante algún tiempo( Horwell y Baxter, 2006; Horwell et al., 2010)., El número de estudios epidemiológicos o toxicológicos detallados específicos de la Av es limitado, y los que se han realizado hasta la fecha en poblaciones expuestas a la AV no son necesariamente concluyentes con respecto al riesgo de desarrollo de silicosis, neumoconiosis inespecífica u otras enfermedades pulmonares (como el cáncer de pulmón o la enfermedad pulmonar obstructiva crónica) que están más comúnmente relacionadas con exposiciones en el lugar de trabajo a altos niveles de sílice cristalina relativamente pura (Horwell y Baxter, 2006)., La cristobalita, una variedad de sílice cristalina, es más abundante en la ceniza de las erupciones que resultan del colapso de las cúpulas volcánicas (Horwell y Baxter, 2006). La cristobalita se forma inicialmente por deposición directa de gases volcánicos en las fracturas del domo. La identificación de cristobalita en VA a través de XRD requiere un pretratamiento especializado de la ceniza debido a una superposición de pico de XRD con plagioclasa cálcica (Horwell et al., 2010)., Sin embargo, métodos relativamente nuevos para el mapeo y análisis de elementos utilizando SEM pueden proporcionar una indicación relativamente rápida de la proporción de fases de sílice puro junto con información clave sobre sus ocurrencias y distribución de tamaño en muestras de ceniza sedimentada (Figura 3). Es importante señalar que la toxicidad potencial de la sílice cristalina disminuye a medida que se diluye con otros minerales de aluminosilicato, y tal efecto atenuante podría ocurrir claramente con el AV, dada la abundancia de otros minerales de silicato y vidrio (Horwell y Baxter, 2006; Plumlee y Ziegler, 2007).,

la Fluorosis en el ganado, la vida silvestre y, más raramente, en los seres humanos es también otra preocupación importante para la salud en algunos volcanes geológicamente favorables donde los magmas o los procesos de erupción conducen a cenizas relativamente ricas en flúor, como el Eyjafjallajökull de 2010 y otras erupciones volcánicas de Islandia; pequeñas erupciones del cráter Halema’ua’U de 2008-09, volcán Kilauea, Hawai; erupciones de Ruapehu de 1995-96, Nueva Zelanda; y erupción de Oldoinyo Lengai de 2007, Tanzania., El fluoruro, junto con el sulfato, el cloruro, el ácido y algunos metales traza, se pueden atar en sales relativamente solubles en VA o se sorbe libremente en superficies de partículas de VA (Witham et al., 2005). En la mayoría de los AV, estas sales o especies absorbidas son un componente relativamente pequeño de la ceniza total (en comparación con el gran volumen de partículas de vidrio y minerales) y resultan de las interacciones de las partículas de ceniza con el aire y los componentes gaseosos (incluidos los gases ácidos) del penacho volcánico (Witham et al., 2005)., En el caso de la mayoría de los AV de sistemas ricos en fluoruro, el fluoruro es relativamente abundante y soluble en agua, ya sea que el fluoruro se lixivie en los suministros de agua superficial que se consumen o el fluoruro bioaccesible se solubiliza a partir de cenizas que se consumen junto con el forraje por la vida silvestre o el ganado. Para erupciones de cenizas como estas, la presencia de fluoruro soluble en agua se detecta fácilmente mediante pruebas de lixiviación en agua, como la prueba de lixiviación en campo del USGS (Hageman, 2007b)., En el caso de Ruapehu, las pruebas de lixiviación en agua no indicaron cantidades significativas de fluoruro soluble en agua, sin embargo, varios miles de ovejas murieron de fluorosis después de la erupción. Cronin et al. (2003) concluyeron que la naturaleza freatomagmática de algunas de las erupciones de Ruapehu condujo a la formación de fases de fluoruros/fosfato de calcio y aluminio en la ceniza, que son escasamente solubles en agua pero mucho más solubles en el sistema digestivo de los animales de pastoreo. Morman y Plumlee (2010) y Caulkins et al., (2010) aplicaron IVBAs gástricas para examinar si tales pruebas pueden predecir mejor los peligros potenciales de fluorosis a través de una ingestión incidental de VA.

los resultados de la prueba de lixiviación en campo del USGS en muestras de ceniza que se depositaron secas y sobre las que no llovió posteriormente (Hageman, 2007b; Wang et al., 2010) sugieren que la mayoría de los AV deberían esperar descargas a corto plazo de ácido, aniones y algunos metales en el agua de lluvia o aguas superficiales., La ceniza que ha llovido o que proviene de erupciones freatomagmáticas que involucran agua significativa produce un lixiviado de pH sustancialmente más alto con altos niveles de cationes principales y niveles más bajos de metales traza (Wang et al., 2010) debido al lavado previo de componentes solubles y al mayor tiempo de reacciones químicas entre las soluciones de lixiviado y las partículas de ceniza. Estos resultados sugieren que es probable que el potencial de liberación de ácido y metales de las cenizas disminuya sustancialmente con el tiempo como resultado de las interacciones con la lluvia.,

en contraste con la ceniza dominada por silicato y vidrio de la mayoría de las erupciones, la ceniza de una serie de erupciones relativamente pequeñas en 2008-09 en el cráter de la Cumbre de Halema’uma’u, volcán Kīlauea, Hawaii, contenía una alta proporción de sulfatos de calcio y fases complejas que contenían hierro, cloruro, sulfato, aluminio, Fosfato y otros elementos, que se formaron como precipitados directos de gases magmáticos en las superficies de fractura de las rocas de la pared cerca de la superficie del cráter., El colapso de las rocas de la pared en la garganta del cráter impidió el flujo de gas, lo que llevó a la sobrepresión y la eventual liberación explosiva del material rico en precipitados (Houghton et al., 2011). Debido a la alta proporción de estos precipitados en las eyecciones, los lixiviados de agua de las muestras de ceniza de Halema’uma’u son los más ácidos y tienen las concentraciones más altas de fluoruro soluble y varios contenidos metálicos, que hemos medido utilizando la prueba de lixiviación en campo de USGS.,

El VA del volcán Oldoinyo Lengai en Tanzania es bastante exótico debido a la naturaleza natrocarbonática, rica en dióxido de carbono de los magmas (Mitchell y Dawson, 2007). La abundancia de fases de carbonato inusuales produce los lixiviados de pH más altos de cualquier VA que hayamos analizado. Tanto el agua como los lixiviados gástricos tienen concentraciones extremadamente altas de fluoruro y elementos exóticos (para los lixiviados de VA), como molibdeno, arsénico y vanadio., La fluorosis que sería predecible en base a estos resultados ha sido bien conocida durante años debido a la naturaleza rica en flúor de las rocas volcánicas en la región. Sin embargo, los resultados también aumentan la posibilidad de toxicidad de otros elementos que pueden ser menos conocidos. Por ejemplo, los niveles solubles de molibdeno en decenas de ppm sugieren que la molibdenosis en animales que pastan en áreas afectadas por cenizas o en áreas de rocas volcánicas composicionalmente similares puede ser una preocupación plausible.,

la atención solo se ha centrado relativamente recientemente en los posibles efectos para la salud de la generación de ROS por metales liberados de AV respirados. Horwell et al. (2003) encontraron que la ceniza del volcán Soufrière Hills tiene una alta reactividad superficial y genera altos niveles de ROS, que atribuyeron a la liberación de hierro ferroso de la ceniza. Más recientemente, Horwell et al. (2007) encontraron que la ceniza basáltica genera sustancialmente más especies radicales en experimentos de laboratorio acelular que la ceniza silícica, otra vez postulada como resultado de la liberación de hierro., Los sulfuros de hierro, que han demostrado generar altos niveles de ROS en experimentos de laboratorio (Harrington y Schoonen, 2012), están presentes hasta uno o dos por ciento en volumen en cenizas silícicas que hemos estudiado en varios volcanes. No está claro si estos sulfuros están presentes en niveles lo suficientemente altos como para contribuir sustancialmente a la generación de ROS por, y por lo tanto la toxicidad de, VA.

hemos llevado a cabo IVBAs en cenizas de diferentes volcanes y erupciones utilizando simulantes de fluidos pulmonares y fluidos a base de suero como fluidos de extracción., Los resultados sugieren que una variedad de elementos variables redox, como manganeso, cobre, cerio y otros, pueden ser más bien bioaccesibles a partir de partículas de ceniza respiradas, en muchas muestras de ceniza incluso más que el hierro. Es necesario seguir estudiando si estos elementos también podrían contribuir a la generación de ROS y a la posible toxicidad del av.