11.7.5.3 vulkanische as
VA explosief uitgebarsten uit een vulkaan bestaat over het algemeen uit een mengsel van puimsteen/glasscherven (hoofdzakelijk gedoofd magma), fragmenten van oudere rotsen uit de vulkaan, en variabele verhoudingen van kristallen of kristalfragmenten van verschillende silicaten en andere minder voorkomende minerale types. Figuur 1 (a) toont de stoffige omstandigheden in Homerus, Alaska, gecreëerd door ashfall van de uitbarsting van 4 April 2009 van Mt. Redoute ongeveer 105 km afstand.,
Acute respiratoire gezondheidseffecten van blootstelling aan VA zijn waargenomen, zoals astma, irritatie van de luchtwegen en mogelijk gerelateerde cardiopulmonale problemen. Deze zijn gedeeltelijk het gevolg van blootstelling aan hoge concentraties van in de lucht zwevende of geresuspendeerde asdeeltjes die diep in de bronchiolaire of alveolaire delen van de luchtwegen kunnen worden geïnhaleerd (< 2,5 tot 10 µm)., Als de aswolk van een enkele uitbarsting naar beneden beweegt, hebben de grovere en zwaardere deeltjes de neiging zich te vestigen, en dus neemt het aandeel van de asdeeltjes in de kleinste groottebereiken meestal aanzienlijk toe in vergelijking met die in grovere groottebereiken, maar neemt af in de totale massa (Figuur 2). De verdeling van de asdeeltjes kan ook variëren als functie van het type uitbarsting en de dynamiek, zelfs in verschillende uitbarstingen van dezelfde vulkaan., Zoals opgemerkt door Horwell and Baxter (2006), hebben asdeeltjes een sterke neiging om te klonteren, dus is het waarschijnlijk dat het aandeel van asdeeltjes die daadwerkelijk worden ingeademd veel kleiner kan zijn dan de hoeveelheden gevonden via laseranalyse van een waterige assuspensie. Regenval kan de deeltjesgrootteverdeling van vaste asafzettingen veranderen, misschien selectief de fijnere fractie verwijderen door afvoer (Figuur 2).
Figuur 2., Deze grafiek toont de deeltjesgrootteverdeling (zoals bepaald met Laser Malvern Mastersizer) van asafzettingen vanaf 18 mei 1980 Mt. Eruptie van St. Helens in de staat Washington, Verenigde Staten, verzamelde zich op steeds grotere afstanden met de wind mee van de vulkaan. Op de plot worden ook geschatte bovenmaten van fysiologische significantie weergegeven.
de morfologie van asdeeltjes kan ook een rol spelen bij de irritatie van de luchtwegen., Bijvoorbeeld, scherpe randen op glasscherven en gebroken kristallen (Figuur 3) kan slijtage van de weefsels langs de luchtwegen en ogen veroorzaken.
Figuur 3. Moderne scanning elektronenmicroscopie (SEM) beeldanalyse software biedt een middel om relatief snel de hoeveelheden van bepaalde mineralen in een DM monster te beoordelen. Deze SEM afbeelding is een element kaart van AS uit de 2010 uitbarsting van Mount Merapi vulkaan, Indonesië., De cirkels markeren fasen waarin silica het enige bestanddeel is (magenta) en laten zien dat veel van de silica-only korrels groter zijn dan 15-25 µm in diameter en zijn gehecht aan andere minerale korrels. De beeldvormingssoftware maakt het mogelijk om het areaalpercentage van silica-only-fasen in het monster te berekenen, in dit geval ongeveer 2% van de korrels. De analyse werd uitgevoerd door Heather Lowers, USGS.,
De potentiële toxiciteit van respirabel kristallijn silica in VA is al enige tijd een bron van zorg vanuit het oogpunt van de gezondheid van de luchtwegen (Horwell and Baxter, 2006; Horwell et al., 2010)., Het aantal gedetailleerde epidemiologische of toxicologische studies die specifiek zijn voor VA is beperkt, en de studies die tot nu toe zijn uitgevoerd op va-blootgestelde populaties zijn niet noodzakelijkerwijs doorslaggevend voor het risico op de ontwikkeling van silicose, niet-specifieke pneumoconiose of andere longziekten (zoals longkanker of chronische obstructieve longziekte) die vaker verband houden met blootstelling op de werkplek aan hoge niveaus van relatief zuiver kristallijn silica (Horwell and Baxter, 2006)., Cristobaliet, een verscheidenheid aan kristallijn silica, is het meest aanwezig in as van uitbarstingen die het gevolg zijn van de ineenstorting van vulkanische koepels (Horwell and Baxter, 2006). Het cristobaliet vormt zich in eerste instantie door directe afzetting uit vulkanische gassen in de koepelbreuken. Cristobaliet identificatie in VA via XRD vereist een gespecialiseerde voorbehandeling van de as als gevolg van een Xrd piek overlap met calcische plagioclase (Horwell et al., 2010)., Relatief nieuwe methoden voor het in kaart brengen en analyseren van elementen met behulp van SEM kunnen echter een relatief snelle indicatie geven van het aandeel zuivere silicafasen, samen met belangrijke informatie over hun voorkomen en grootteverdeling in vaste asmonsters (Figuur 3). Het is belangrijk op te merken dat de potentiële toxiciteit van kristallijn silica afneemt naarmate het wordt verdund door andere aluminosilicaatmineralen, en een dergelijk verzachtend effect kan duidelijk optreden met VA, gezien de overvloed aan andere silicaatmineralen en glas (Horwell and Baxter, 2006; Plumlee and Ziegler, 2007).,
fluorose bij vee, in het wild levende dieren en zeldzamer bij mensen is ook een ander belangrijk gezondheidsprobleem bij sommige geologisch gunstige vulkanen waar de magma-of uitbarstingsprocessen leiden tot relatief fluorrijke as, zoals de 2010 Eyjafjallajökull en andere IJslandse vulkaanuitbarstingen; kleine 2008-09 Halema ‘ uma ‘ u krateruitbarstingen, Kilauea vulkaan, Hawaii; 1995-96 Ruapehu uitbarstingen, Nieuw-Zeeland; en 2007 Oldoinyo Lengai uitbarsting, Tanzania., Fluoride, samen met sulfaat, chloride, zuur, en sommige sporenmetalen, kan worden gebonden in relatief oplosbare zouten in VA of wordt losjes sorbed op va deeltje oppervlakken (Witham et al., 2005). In de meeste VA zijn deze zouten of sorbedsoorten een relatief klein bestanddeel van de totale as (vergeleken met het grote volume glas en minerale deeltjes) en het resultaat van interacties van asdeeltjes met lucht en de gasvormige componenten (inclusief zure gassen) van de vulkanische pluim (Witham et al., 2005)., In het geval van de meeste VA van fluoride-rijke systemen is het fluoride relatief overvloedig en in water oplosbaar-ofwel wordt het fluoride uitgelokt in oppervlaktewatervoorraden die worden verbruikt of het Bio – toegankelijke fluoride wordt opgelost uit as die samen met voedergewassen wordt verbruikt door grazende wilde dieren of vee. Bij asuitbarstingen zoals deze, wordt de aanwezigheid van in water oplosbaar fluoride gemakkelijk gedetecteerd door wateruitspoelingstesten zoals de USGS Field Leach Test (Hageman, 2007b)., In het geval van Ruapehu, water leach tests niet wijzen op significante hoeveelheden in water oplosbaar fluoride, maar enkele duizenden schapen stierven aan fluorose na de uitbarsting. Cronin et al. (2003) concludeerde dat de freatomagmatische aard van sommige Ruapehu-uitbarstingen leidde tot de vorming van calcium-en aluminiumfluoriden/fosfaatfasen in de as, die weinig oplosbaar zijn in water, maar veel beter oplosbaar zijn in het spijsverteringsstelsel van grazende dieren. Morman and Plumlee (2010) en Caulkins et al., (2010) toegepast maag IVBAs om te onderzoeken of dergelijke tests kunnen beter voorspellen potentiële fluorose gevaren via een incidentele va inname.
de resultaten van de USGS-Velduitlaattest op monsters van as die droog werden afgezet en waarop vervolgens niet werd geregend (Hageman, 2007b; Wang et al., 2010) suggereren dat korte termijn spoeling van zuur, anionen, en sommige metalen in regenwater of oppervlaktewater moet worden verwacht van de meeste VA., As die is geregend op of dat is van freatomagmatische uitbarstingen waarbij significant water produceert een aanzienlijk hoger-pH percolaat met hoge niveaus van belangrijke kationen en lagere niveaus van sporenmetalen (Wang et al., 2010) door de voorafgaande spoeling van oplosbare componenten en de langere tijd voor chemische reacties tussen de percolaatoplossingen en de asdeeltjes. Deze resultaten wijzen erop dat het potentieel voor het vrijkomen van zuur en metalen uit as in de loop van de tijd aanzienlijk zal afnemen als gevolg van interacties met regenval.,
In tegenstelling tot de silicaat – en glas-gedomineerd as van de meeste uitbarstingen, ash uit een reeks van relatief kleine uitbarstingen in 2008-09 in de Halema ‘ uma ‘ u-top krater, Kilauea vulkaan op Hawaii, bevatten een hoog percentage aan calcium sulfaten en complexe fasen met ijzer, chloride, sulfaat, aluminium -, fosfaat -, en andere elementen, die ontstaat als direct precipiteren van magmatische gassen op het breuk oppervlak van de wand van rotsen in de buurt van het oppervlak van de krater., De ineenstorting van de muurrotsen in de krater keel belemmerde de gasstroom, wat leidde tot overdruk en uiteindelijke explosieve afgifte van het neerslag-rijke materiaal (Houghton et al., 2011). Door het hoge aandeel van deze precipitaten in de ejecta zijn de waterpersen uit de Asmonsters van Halema ‘ uma ‘ u het meest zuur en hebben zij de hoogste concentraties oplosbaar fluoride en verschillende metaalgehaltes, die we hebben gemeten met behulp van de USGS-Velduitspoelingstest.,
de VA van de Oldoinyo Lengai vulkaan in Tanzania is vrij exotisch vanwege de natrocarbonatistische, koolstofdioxiderijke aard van de magma ‘ s (Mitchell and Dawson, 2007). De overvloed aan ongebruikelijke carbonaatfasen produceert de hoogste pH-percolaten van elke VA die we hebben geanalyseerd. Zowel water als maagpercolaten hebben extreem hoge concentraties fluoride en exotische elementen (voor VA-percolaten), zoals molybdeen, arseen en vanadium., De fluorose die voorspelbaar zou zijn op basis van deze resultaten is al jaren bekend vanwege de fluor-rijke aard van de vulkanische rotsen in de regio. De resultaten verhogen echter ook de mogelijkheid van toxiciteit van andere elementen die minder bekend kunnen zijn. Bijvoorbeeld, oplosbare molybdeen niveaus in de tientallen ppm suggereren dat molybdenose bij dieren die grazen in as-getroffen gebieden of in gebieden van compositorisch vergelijkbare vulkanische rotsen kan een plausibele zorg.,
de aandacht is pas relatief recent gericht op de potentiële gezondheidseffecten van Ros-generatie door metalen die vrijkomen uit respired VA. Horwell et al. (2003) vond dat as uit de Soufrière Hills vulkaan een hoge oppervlakte reactiviteit heeft en hoge niveaus van ROS genereert, die zij toegeschreven aan het vrijkomen van ijzer uit de as. Meer recent, Horwell et al. (2007) vond dat basaltische as aanzienlijk radicalere soorten genereert in acellulaire laboratoriumexperimenten dan meer silicische As, opnieuw gepostuleerd als gevolg van ijzerafgifte., Ijzersulfiden, waarvan is aangetoond dat ze in laboratoriumexperimenten een hoog ROS-gehalte genereren (Harrington and Schoonen, 2012), zijn tot één of twee volumeprocent aanwezig in silicische as die we hebben bestudeerd van een aantal vulkanen. Het is onduidelijk of deze sulfiden aanwezig zijn in hoog genoeg niveaus om substantieel bij te dragen aan Ros generatie door, en dus toxiciteit van, VA.
We hebben IVBAs uitgevoerd op as van een aantal verschillende vulkanen en uitbarstingen met behulp van longvloeistofsimulanten en serumvloeistoffen als extractievloeistoffen., De resultaten suggereren dat een verscheidenheid aan redox-Variabele elementen, zoals mangaan, koper, cerium, en anderen, eerder bio-toegankelijk zijn uit ingeademde asdeeltjes, in veel asmonsters zelfs nog meer dan ijzer. Verder onderzoek is nodig om te begrijpen of deze elementen ook kunnen bijdragen aan de Ros-generatie en potentiële toxiciteit van VA.