11.7.5.3 Vulkansk Aske
VA eksplosivt utbrudd fra en vulkan er vanligvis består av en blanding av pimpstein/glass-skår (i hovedsak slokna magma), fragmenter av eldre bergarter fra vulkanen, og den variable andelen av krystaller eller krystall fragmenter av ulike silikater og andre mindre rikelig mineral typer. Figur 1(a) viser den støvete forhold i Homer, Alaska, skapt av ashfall fra 4 April 2009 utbruddet på Mt. Redoubt ca 105 km unna.,
Akutt respiratorisk helseeffekter fra eksponering til VA har blitt nevnt, slik som astma, irritasjon i luftveiene, og det er mulig relaterte hjerte-problemer. Disse i delen følge av eksponering for høye nivåer av luftbårne eller resuspendert blitsen partikler som kan pustes dypt inn i bronchiolar eller alveolar deler av luftveiene (< 2,5-10 mikrometer)., Som aske skyen fra en enkelt utbrudd beveger seg vindretningen, den grovere og tyngre partikler har en tendens til å bosette seg ut, og så andelen av aske partikler i den minste størrelsen varierer vanligvis øker betydelig i forhold til de grovere størrelse varierer, men med en nedgang i total masse (Figur 2). Blitsen partikkelstørrelse distribusjon kan også variere som en funksjon av utbruddet type og dynamikk, selv i ulike utbrudd fra samme vulkanen., Som bemerket av Horwell og Baxter (2006), ask partikler har en sterk tendens til å klumpe, så er det sannsynlig at andelen av aske partikler som faktisk respired kan være mye mindre enn det beløp som er funnet via laser analyse av en vandig blitsen suspensjon. Nedbør kan endre partikkelstørrelse fordeling av bosatte seg blitsen innskudd, kanskje selektivt å fjerne de finere brøkdel gjennom avrenning (Figur 2).
Figur 2., Dette plottet viser partikkelstørrelse distribusjon (som bestemmes ved hjelp av Laser Malvern Mastersizer) av aske innskudd fra 18 Mai 1980 Mt. St. Helens utbrudd, Washington State, Usa, samlet på stadig større avstander vindretningen fra vulkanen. Omtrentlig øvre grensene av fysiologiske betydning er også vist på tomten.
morfologi av aske partikler kan også spille en rolle i irritasjon av luftveiene., For eksempel, skarpe kanter på glasskår og brutt krystaller (Figur 3) kan føre til slitasje av vevet lining luftveier og øyne.
Figur 3. Moderne skanning elektron mikroskopi (SEM) bildeanalyse programvare gir en mulighet til relativt raskt å vurdere mengder av spesielle mineraler i en DM eksempel. Dette SEM-bilde er et element kart av aske fra 2010 utbruddet av Mount Merapi-vulkanen, Indonesia., Sirklene høydepunkt faser hvor silica er lone konstituerende (magenta) og viser at mange av silika-bare korn er større enn 15-25 µm i diameter og er knyttet til andre mineralske korn. Bildebehandling programvare tillater beregning av areal andel av silika-bare faser som er tilstede i prøven, i dette tilfellet rundt 2% av kornene. Analysen ble utført av Heather Senker, USGS.,
Den potensielle toksisitet av innåndes krystallinsk silika i VA det har vært bekymring fra en luftveier helse perspektiv for noen tid (Horwell og Baxter, 2006; Horwell et al., 2010)., Antall detaljerte epidemiologiske eller toksikologiske studier som er spesifikke for VA er begrenset, og de som har vært gjort hittil på VA-utsatt bestandene er ikke nødvendigvis avgjørende for om risiko for utvikling av silicosis, uspesifikke pneumoconiosis, eller andre lungesykdommer (som for eksempel lunge kreft, eller kronisk obstruktiv lungesykdom) som er mer vanlig er knyttet til arbeidsplassen eksponering for høye nivåer av relativt rent krystallinsk silika (Horwell og Baxter, 2006)., Cristobalite, et utvalg av krystallinsk silika, er mest tallrike i aske fra vulkanutbrudd som følge av sammenbruddet av vulkansk kupler (Horwell og Baxter, 2006). Den cristobalite danner utgangspunktet ved direkte nedfall fra vulkanske gasser i kuppelen brudd. Cristobalite identifikasjon i VA via XRD krever en spesialisert form for forbehandling av blitsen på grunn av en XRD topp overlapper med calcic plagioklas (Horwell et al., 2010)., Imidlertid relativt nye metoder for element kartlegging og analyse ved hjelp av SEM kan gi en relativt rask indikasjon på andelen av ren silica faser sammen med viktige opplysninger om forekomster og størrelsesfordeling i avgjort blitsen prøvene (Figur 3). Det er viktig å merke seg at potensiell toksisitet av krystallinsk silika avtar som det er fortynnet med andre aluminosilicate mineraler, og slik en begrensende effekt klart kunne oppstå med VA, gitt den overflod av andre silikat mineraler og glass (Horwell og Baxter, 2006; Plumlee og Ziegler, 2007).,
Fluorose i husdyr, dyreliv, og mer sjelden hos mennesker er også en annen viktig helse bekymring på noen geologisk gunstig vulkaner der magmas eller utbrudd prosesser føre til relativt fluor-rik blits, slik som 2010 Eyjafjallajökull og andre Islandske vulkanen utbrudd, små 2008-09 Halema’uma ‘ u krateret utbrudd, Kilauea-vulkanen på Hawaii; 1995-96 Ruapehu utbrudd, New Zealand; og 2007 Oldoinyo Lengai utbrudd, Tanzania., Fluor, sammen med sulfat, klorid, syre, og noen spor metaller, kan være bundet opp i relativt oppløselige salter i VA-eller er løst sorbed på VA partikkel overflater (Witham et al., 2005). I de fleste VA, disse salter eller sorbed arter er en relativt liten del av den totale blits (i forhold til det store volumet av glass og mineralolje-partikler) og er et resultat av interaksjoner av blitsen partikler i luft og i gassform komponenter (inkludert sure gasser) av vulkansk sky (Witham et al., 2005)., I tilfelle mest VA fra fluor-rik systemer, fluor er relativt rikelig og vannløselige – enten fluor er leached inn i overflatevann og rekvisita som forbrukes eller bioaccessible fluor er solubilisert fra blitsen som er fortært sammen med grovfôr av beitende dyr eller husdyr. Ash utbrudd slike som disse, tilstedeværelse av vannløselige fluor er lett oppdaget av vann lekker tester som USGS Feltet Leach Test (Hageman, 2007b)., I tilfelle av Ruapehu, vann lekker tester ikke indikerer betydelige mengder vannløselige fluor, men flere tusen sauer døde av fluorose etter utbruddet. Cronin et al. (2003) konkluderte med at phreatomagmatic arten av noen av de Ruapehu vulkanutbrudd førte til dannelsen av kalsium og aluminium fluorides/fosfat faser i aske, noe som er lite løselig i vann, men mye mer løselig i fordøyelseskanal system av beitende dyr. Morman og Plumlee (2010) og Caulkins et al., (2010) anvendt mage IVBAs å undersøke om slike tester kan bedre forutsi potensielle fluorose farer via en tilfeldig VA inntak.
USGS Feltet Leach Test resultater på prøver av aske som ble satt tørt og ikke senere regnet på (Hageman, 2007b; Wang et al., 2010) tyder på at den kortsiktige rødmer av syre, anioner, og enkelte metaller i regnvann eller overflatevann bør forventes fra de fleste VA., Blitsen som har blitt regnet på, eller som er fra phreatomagmatic utbrudd som involverer betydelige vann gir en vesentlig høyere pH leachate med høye nivåer av store kationer og lavere nivåer av spor metaller (Wang et al., 2010) på grunn av den før skylling av løselige komponenter og større tid for kjemiske reaksjoner mellom leachate løsninger og blitsen partikler. Disse resultatene tyder på at potensialet for utslipp av syre og metaller fra blitsen er sannsynlig å avta betydelig over tid som et resultat av interaksjoner med nedbør.,
I motsetning til silikat – og glass-dominert aske fra de fleste utbrudd, aske fra en rekke relativt små utbrudd i 2008-09 på Halema’uma ‘ u toppmøtet i krateret, Kīlauea vulkan, Hawaii, inneholdt en høy andel av kalsium sulfates og komplekse faser som inneholder jern, klorid, sulfat, aluminium, fosfat og andre elementer, som dannet som direkte bunnfall fra magmatisk gasser på bruddflaten av veggen bergarter nær overflaten av krateret., Sammenbrudd av veggen steiner i krateret hals hindret gass flow, fører til overpressuring og eventuell eksplosiv utgivelsen av utfellinger-rikt materiale (Houghton et al., 2011). På grunn av den høye andelen av disse bunnfall i ejecta, vann sigevann fra Halema’uma ‘ u blitsen prøvene er den mest sure og har de høyeste konsentrasjonene av løselig fluor og ulike metall innhold, som vi har målt ved hjelp av USGS Feltet Leach Test.,
Det VA fra Oldoinyo Lengai vulkanen i Tanzania er ganske eksotisk på grunn av den natrocarbonatitic, karbondioksid-rik natur magmas (Mitchell og Dawson, 2007). Overflod av uvanlig karbonat faser gir den høyeste pH sigevann av alle VA at vi har analysert. Både vann og mage sigevann har svært høye konsentrasjoner av fluor og eksotiske elementer (for VA sigevann), for eksempel molybden, arsen, og vanadium., Den fluorose som ville være forutsigbar basert på disse resultatene har blitt godt kjent for år på grunn av fluor-rik natur i vulkanske bergarter i regionen. Men resultatene også øke muligheten for toksisitet fra andre elementer som kan være mindre kjent. For eksempel, løselig molybden nivåer i titalls ppm tyder på at molybdenosis i dyr som beiter i ash-berørte områder eller i områder av compositionally lignende vulkanske bergarter kan være en plausibel grunn til bekymring.,
Oppmerksomhet har bare fokusert relativt nylig på mulige helseeffekter av ROS generasjon av metaller utgitt fra respired VA. Horwell et al. (2003) fant at aske fra Soufrière Hills vulkan har høy overflate reaktivitet og genererer høye nivåer av ROS, som de knyttet til utslipp av jern jern fra blitsen. Mer nylig, Horwell et al. (2007) fant at basaltisk blitsen genererer betydelig mer radikal arter i acellular lab-eksperimenter enn mer med blits, igjen framlegg om å føre strykejern utgivelsen., Strykejern sulfides, som har vist seg å generere høye nivåer av ROS i lab-eksperimenter (Harrington og Schoonen, 2012), er til stede i opp til ett eller to prosent av volumet i med aske som vi har studert fra en rekke vulkaner. Det er uklart om disse sulfides er tilstede i høye nok nivåer for å bidra vesentlig til å ROS generasjon av, og derfor toksisitet av, VA.
Vi har utført IVBAs på aske fra en rekke forskjellige vulkaner og vulkanutbrudd ved å bruke lunge væske simulants og serum-baserte væsker som trekker ut væske., Resultatene tyder på at et utvalg av redox-variable elementer, slik som mangan, kobber, cerium, og andre, kan være ganske bioaccessible fra respired blitsen partikler, i mange blitsen prøver enda mer så enn jern. Videre arbeid er nødvendig for å forstå om disse elementene kan også bidra til ROS produksjon og potensiell toksisitet av VA.