11.7.5.3 les cendres volcaniques
Les éruptions explosives D’un volcan sont généralement composées d’un mélange de pierres ponces/éclats de verre (essentiellement du magma éteint), de fragments de roches plus anciennes du volcan et de proportions variables de cristaux ou de fragments de cristaux de divers silicates et d’autres types de minéraux moins abondants. La Figure 1 (a) montre les conditions poussiéreuses à Homer, en Alaska, créées par les chutes de cendres de l’éruption du Mont 4 avril 2009. Redoute à environ 105 km.,
des effets aigus sur la santé respiratoire de l’exposition à L’AV ont été notés, tels que l’asthme, l’irritation des voies respiratoires et d’éventuels problèmes cardiopulmonaires connexes. Ceux-ci résultent en partie de l’exposition à des niveaux élevés de particules de cendres en suspension dans l’air ou remises en suspension qui peuvent être inhalées profondément dans les parties bronchiolaires ou alvéolaires des voies respiratoires (< 2,5 à 10 µm)., À mesure que le nuage de cendres d’une seule éruption se déplace sous le vent, les particules les plus grossières et les plus lourdes ont tendance à se déposer, de sorte que la proportion de particules de cendres dans les plages de taille les plus petites augmente généralement considérablement par rapport à celles des plages de taille les plus grossières, mais diminue La distribution granulométrique des cendres peut également varier en fonction du type et de la dynamique d’éruption, même dans différentes éruptions du même volcan., Comme L’ont noté Horwell et Baxter (2006), les particules de cendres ont une forte tendance à s’agglutiner, il est donc probable que la proportion de particules de cendres réellement respirées puisse être beaucoup plus petite que les quantités trouvées via l’analyse laser d’une suspension aqueuse de cendres. Les précipitations peuvent modifier la distribution granulométrique des dépôts de cendres décantées, peut-être en éliminant sélectivement la fraction la plus fine par ruissellement (Figure 2).
la Figure 2., Ce graphique montre la distribution granulométrique (déterminée à L’aide du laser Malvern Mastersizer) des dépôts de cendres du 18 mai 1980 Mt. St. Helens eruption, État de Washington, États-Unis, recueilli à des distances progressivement plus grandes sous le vent du volcan. Les limites de taille supérieures approximatives de signification physiologique sont également indiquées sur la parcelle.
La morphologie des particules peuvent également jouer un rôle dans l’irritation des voies respiratoires., Par exemple, des arêtes vives sur des éclats de verre et des cristaux brisés (Figure 3) peuvent causer une abrasion des tissus qui tapissent les voies respiratoires et les yeux.
la Figure 3. Le logiciel moderne D’analyse d’image de microscopie électronique à balayage (SEM) fournit un moyen d’évaluer relativement rapidement les quantités de minéraux particuliers dans un échantillon de DM. Cette image SEM est une carte d’élément de cendres de l’Éruption 2010 du volcan du Mont Merapi, Indonésie., Les cercles mettent en évidence les phases où la silice est le seul constituant (magenta) et montrent que de nombreux grains contenant uniquement de la silice ont un diamètre supérieur à 15-25 µm et sont attachés à d’autres grains minéraux. Le logiciel d’imagerie permet de calculer le pourcentage superficiel de phases siliceuses uniquement présentes dans l’échantillon, dans ce cas autour de 2% des grains. L’analyse a été effectuée par Heather Lowers, USGS.,
la toxicité potentielle de la silice cristalline respirable dans L’AV est préoccupante du point de vue de la santé respiratoire depuis un certain temps (Horwell et Baxter, 2006; Horwell et al., 2010)., Le nombre d’études épidémiologiques ou toxicologiques détaillées propres à L’AV est limité, et celles qui ont été faites jusqu’à présent sur des populations exposées à L’AV ne sont pas nécessairement concluantes quant au risque de développement de silicose, de pneumoconiose non spécifique ou d’autres maladies pulmonaires (comme le cancer du poumon ou la maladie pulmonaire obstructive chronique) qui sont plus souvent liées à l’exposition en milieu de travail à des niveaux élevés de silice cristalline relativement pure (Horwell et Baxter, 2006)., La Cristobalite, une variété de silice cristalline, est la plus abondante dans les cendres des éruptions qui résultent de l’effondrement des dômes volcaniques (Horwell et Baxter, 2006). La cristobalite se forme initialement par dépôt direct de gaz volcaniques dans les fractures du dôme. L’identification de la Cristobalite en VA via la DRX nécessite un prétraitement spécialisé des cendres en raison d’un chevauchement de pic de DRX avec du plagioclase calcique (Horwell et al., 2010)., Cependant, des méthodes relativement nouvelles pour la cartographie et l’analyse des éléments à l’aide de SEM peuvent fournir une indication relativement rapide de la proportion de phases de silice pure ainsi que des informations clés sur leurs occurrences et leur distribution de taille dans les échantillons de cendres décantées (Figure 3). Il est important de noter que la toxicité potentielle de la silice cristalline diminue à mesure qu’elle est diluée par d’autres minéraux aluminosilicates, et un tel effet atténuant pourrait clairement se produire avec L’AV, étant donné l’abondance d’autres minéraux silicatés et de verre (Horwell et Baxter, 2006; Plumlee et Ziegler, 2007).,
la fluorose chez le bétail, la faune et plus rarement chez l’homme est également un autre problème de santé important dans certains volcans géologiquement favorables où les magmas ou les processus d’Éruption conduisent à des cendres relativement riches en fluor, tels que les éruptions volcaniques Eyjafjallajökull 2010 et autres éruptions volcaniques islandaises; petites éruptions de cratère Halema’uma’U 2008-09, volcan Kilauea, Hawaii; éruptions de Ruapehu 1995-96, Nouvelle-Zélande; et Éruption Oldoinyo Lengai 2007, Tanzanie., Le fluorure, ainsi que le sulfate, le chlorure, l’acide et certains métaux traces, peuvent être attachés dans des sels relativement solubles dans VA ou sont faiblement sorbés sur les surfaces des particules VA (Witham et al., 2005). Dans la plupart des VA, ces sels ou espèces sorbées sont une composante relativement faible de la cendre totale (par rapport au grand volume de particules de verre et de minéraux) et résultent des interactions des particules de cendre avec l’air et les composants gazeux (y compris les gaz acides) du panache volcanique (Witham et al., 2005)., Dans le cas de la plupart des VA provenant de systèmes riches en fluorure, le fluorure est relativement abondant et soluble dans l’eau-soit le fluorure est lessivé dans les réserves d’eau de surface qui sont consommées, soit le fluorure bioaccessible est solubilisé à partir de cendres consommées avec le fourrage par la faune ou le bétail au pâturage. Pour de telles éruptions de cendres, la présence de fluorure soluble dans l’eau est facilement détectée par des tests de lixiviation à l’eau tels que le test de lixiviation sur le terrain USGS (Hageman, 2007b)., Dans le cas de Ruapehu, les tests de lixiviation dans l’eau n’ont pas indiqué de quantités significatives de fluorure soluble dans l’eau, mais plusieurs milliers de moutons sont morts de fluorose après l’Éruption. Cronin et coll. (2003) ont conclu que la nature phréatomagmatique de certaines des éruptions de Ruapehu a conduit à la formation de fluorures de calcium et d’aluminium/phases phosphate dans les cendres, qui sont peu solubles dans l’eau mais beaucoup plus solubles dans le système digestif des animaux au pâturage. Morman et Plumlee (2010) et Caulkins et coll., (2010) ont appliqué des Ivba gastriques pour examiner si de tels tests peuvent mieux prédire les risques potentiels de fluorose via une ingestion accidentelle D’VA.
les résultats des tests de lixiviation sur le terrain de L’USGS sur des échantillons de cendres qui ont été déposés à sec et qui n’ont pas plu par la suite (Hageman, 2007b; Wang et al., 2010) suggèrent que des bouffées à court terme d’acide, d’anions et de certains métaux dans l’eau de pluie ou les eaux de surface devraient être attendues de la plupart des VA., Les cendres qui ont plu ou qui proviennent d’éruptions phréatomagmatiques impliquant de l’eau importante produisent un lixiviat à pH sensiblement plus élevé avec des niveaux élevés de cations majeurs et des niveaux inférieurs de métaux traces (Wang et al., 2010) en raison du rinçage préalable des composants solubles et du temps plus long pour les réactions chimiques entre les solutions de lixiviat et les particules de cendres. Ces résultats suggèrent que le potentiel de libération d’acide et de métaux des cendres diminuera probablement considérablement avec le temps en raison des interactions avec les précipitations.,
contrairement aux cendres dominées par le silicate et le verre de la plupart des éruptions, les cendres d’une série d’éruptions relativement petites en 2008-2009 au cratère sommital Halema’uma’U, volcan Kīlauea, Hawaii, contenaient une forte proportion de sulfates de calcium et de phases complexes contenant du fer, du chlorure, du sulfate, de l’aluminium, du phosphate et d’autres éléments, qui se sont formés sous forme de précipités directs à partir de gaz magmatiques sur les surfaces de fracture des roches murales près de la surface du cratère., L’effondrement des roches de la paroi dans la gorge du cratère a entravé l’écoulement du gaz, entraînant une surpression et éventuellement une libération explosive du matériau riche en précipités (Houghton et al., 2011). En raison de la forte proportion de ces précipités dans les éjectas, les lixiviats d’eau des échantillons de cendres Halema’uma’U sont les plus acides et présentent les concentrations les plus élevées de fluorure soluble et de divers teneurs en métaux, que nous avons mesurées à l’aide du test de lixiviation sur le terrain de L’USGS.,
l’Av Du Volcan Oldoinyo Lengai en Tanzanie est assez exotique en raison de la nature natrocarbonatitique et riche en dioxyde de carbone des magmas (Mitchell et Dawson, 2007). L’abondance de phases carbonatées inhabituelles produit les lixiviats de pH les plus élevés de tous les VA que nous avons analysés. L’eau et les lixiviats gastriques ont des concentrations extrêmement élevées de fluorure et d’éléments exotiques (pour les lixiviats de VA), tels que le molybdène, l’arsenic et le vanadium., La fluorose qui serait prévisible sur la base de ces résultats est bien connue depuis des années en raison de la nature riche en fluor des roches volcaniques de la région. Cependant, les résultats soulèvent également la possibilité de toxicité d’autres éléments qui peuvent être moins bien connus. Par exemple, les niveaux de molybdène soluble dans les dizaines de ppm suggèrent que la molybdénose chez les animaux qui broutent dans les zones touchées par les cendres ou dans les zones de roches volcaniques de composition similaire peut être une préoccupation plausible.,
l’Attention n’a porté que relativement récemment sur les effets potentiels sur la santé de la génération de ROS par les métaux libérés par L’VA respiré. Horwell et coll. (2003) ont constaté que les cendres du volcan Soufrière Hills ont une réactivité de surface élevée et génèrent des niveaux élevés de ROS, qu’ils ont attribués à la libération de fer ferreux à partir des cendres. Plus récemment, Horwell et coll. (2007) ont constaté que la cendre basaltique génère des espèces nettement plus radicales dans les expériences de laboratoire acellulaires que la cendre plus silicique, encore une fois postulée pour résulter de la libération de fer., Les sulfures de fer, qui ont été montrés pour générer des niveaux élevés de ROS dans des expériences de laboratoire (Harrington et Schoonen, 2012), sont présents jusqu’à un ou deux pour cent en volume dans les cendres siliciques que nous avons étudiées à partir d’un certain nombre de volcans. On ne sait pas si ces sulfures sont présents à des niveaux suffisamment élevés pour contribuer substantiellement à la production de ROS par L’VA, et donc à sa toxicité.
Nous avons réalisé des Ivba sur les cendres d’un certain nombre de volcans et d’éruptions différents en utilisant des simulants de liquide pulmonaire et des fluides à base de sérum comme fluides d’extraction., Les résultats suggèrent qu’une variété d’éléments à variable redox, tels que le manganèse, le cuivre, le cérium et d’autres, peuvent être plutôt bioaccessibles à partir de particules de cendres respirées, dans de nombreux échantillons de cendres encore plus que le fer. Des travaux supplémentaires sont nécessaires pour comprendre si ces éléments pourraient également contribuer à la génération de ROS et à la toxicité potentielle de L’VA.