11.7.5.3 Cinzas Vulcânicas
VA em erupção explosiva de um vulcão é geralmente composto de uma mistura de pedra-pomes/cacos de vidro (essencialmente extinta a magma), fragmentos de antigas rochas do vulcão, e proporções variáveis de cristais ou de fragmentos do cristal de vários silicatos e outros menos abundantes tipos de minerais. A figura 1 (a) mostra as condições empoeiradas em Homero, Alasca, criadas pela queda de cinzas da erupção de 4 de abril de 2009 do Mt. Reduto a cerca de 105 km.,foram observados efeitos respiratórios agudos resultantes da exposição a VA, tais como asma, irritação do tracto respiratório e possíveis problemas cardiopulmonares relacionados. Estas resultam, em parte, de exposições a níveis elevados de partículas de cinzas aerotransportadas ou ressuspensas que podem ser inaladas profundamente nas porções bronquiolares ou alveolares do tracto respiratório (< 2,5 a 10 µm)., À medida que a nuvem de cinzas de uma única erupção se move para o vento, as partículas mais grossas e mais pesadas tendem a se acalmar, e assim a proporção de partículas de cinzas nas menores faixas de tamanho tipicamente aumenta substancialmente em comparação com aquelas em faixas de tamanho mais grossas, mas diminui na massa total (Figura 2). A distribuição do tamanho das partículas de cinzas também pode variar em função do tipo de erupção e dinâmica, mesmo em diferentes erupções do mesmo vulcão., Como observado por Horwell e Baxter (2006), as partículas de cinzas têm uma forte tendência a amontoar-se, pelo que é provável que a proporção de partículas de cinzas que são realmente respiradas possa ser muito menor do que as quantidades encontradas através da análise laser de uma suspensão aquosa de cinzas. A precipitação pode alterar a distribuição granulométrica dos depósitos de cinzas liquidados, talvez removendo seletivamente a fração mais fina através do escoamento (Figura 2).
Figura 2., Este gráfico mostra a distribuição granulométrica (determinada utilizando o Mastersizador Laser Malvern) dos depósitos de cinzas a partir do Mt de 18 de Maio de 1980. Erupção de St. Helens, Estado de Washington, Estados Unidos, coletada a distâncias progressivamente maiores do vento do vulcão. Limites de tamanho superiores aproximados de significância fisiológica também são mostrados no enredo.
a morfologia das partículas de cinzas também pode desempenhar um papel na irritação do tracto respiratório., Por exemplo, as arestas vivas nos cacos de vidro e nos cristais partidos (Figura 3) podem causar abrasão dos tecidos que cobrem o tracto respiratório e os olhos.
a Figura 3. O software moderno de análise de microscopia eletrônica de varredura (SEM) fornece um meio para avaliar relativamente rapidamente as quantidades de minerais particulares em uma amostra DM. Esta Imagem SEM é um mapa de elementos de cinzas da erupção de 2010 do vulcão Merapi, Indonésia., Os círculos destacam as fases em que a sílica é o constituinte solitário (magenta) e mostram que muitos grãos apenas de sílica têm um diâmetro superior a 15-25 µm e estão ligados a outros grãos minerais. O software de imagiologia permite o cálculo da percentagem areal de fases apenas de sílica presentes na amostra, neste caso cerca de 2% dos grãos. A análise foi realizada por Heather Lowerers, da USGS.,
a potencial toxicidade da sílica cristalina respirável na VA tem sido preocupante do ponto de vista da saúde respiratória durante algum tempo (Horwell e Baxter, 2006; Horwell et al., 2010)., O número de informações detalhadas epidemiológicos ou de estudos toxicológicos específicos para VA é limitada, e os que foram realizados até a data em VA-populações expostas não são necessariamente conclusivos sobre o risco para o desenvolvimento da silicose, inespecíficos a pneumoconiose, ou outras doenças pulmonares (como o cancro do pulmão ou doença pulmonar obstrutiva crônica), que são mais comumente ligados ao local de trabalho exposições a altos níveis de relativamente pura sílica cristalina (Horwell e Baxter, 2006)., Cristobalite, uma variedade de sílica cristalina, é mais abundante em cinzas de erupções que resultam no colapso de cúpulas vulcânicas (Horwell e Baxter, 2006). A cristobalita forma-se inicialmente por deposição direta de gases vulcânicos nas fraturas da cúpula. A identificação cristobalita em VA via XRD requer um pré-tratamento especializado das cinzas devido a uma sobreposição de pico XRD com plagioclase calcica (Horwell et al., 2010)., No entanto, métodos relativamente novos de cartografia e análise de elementos que utilizam SEM podem fornecer uma indicação relativamente rápida da proporção de fases de sílica pura, juntamente com informações-chave sobre as suas ocorrências e distribuição de dimensões em amostras de cinzas liquidadas (Figura 3). É importante observar que o potencial de toxicidade da sílica cristalina diminui à medida que é diluído por outros aluminossilicato minerais, e como uma mitigação do efeito poderia claramente ocorrer com VA, dada a abundância de outros minerais de silicato e de vidro (Horwell e Baxter, 2006; Plumlee e Ziegler, 2007).,
Fluorose em gado, animais selvagens, e mais raramente em humanos também é outra importante preocupação de saúde em alguns geologicamente favoráveis vulcões onde a dos magmas ou erupção processos levam ao relativamente flúor rica em cinzas, como a de 2010 Eyjafjallajökull e outros Islândia erupções de vulcões; pequena 2008-09 Halema’uma u’cratera em erupção, o vulcão Kilauea, no Havaí; 1995-96 Ruapehu erupções, Nova Zelândia e 2007 Oldoinyo Lengai erupção, Tanzânia., O fluoreto, juntamente com sulfato, cloreto, ácido e alguns metais residuais, pode ser amarrado em sais relativamente solúveis em VA ou é vagamente sorbido em superfícies de partículas VA (Witham et al., 2005). Na maioria VA, estes sais ou sorbed espécies são relativamente pequeno componente de cinzas totais (em comparação com o grande volume de vidro e partículas minerais) e resultam de interações de partículas de cinzas com o ar e os componentes gasosos (incluindo gases ácidos) da pluma vulcânica (Witham et al., 2005)., No caso da maioria dos sistemas ricos em flúor, o fluoreto é relativamente abundante e solúvel em água-ou o fluoreto é derramado em fontes de água de superfície que são consumidas ou o fluoreto bioacessível é solubilizado a partir de cinzas que são consumidas juntamente com forragem por animais selvagens herbívoros ou animais. Para erupções de cinzas como estas, a presença de fluoreto solúvel em água é prontamente detectada por testes de lixiviação de água, como o teste de lixiviação de campo USGS (Hageman, 2007b)., No caso do Ruapehu, os testes de lixiviação da água não indicaram quantidades significativas de fluoreto solúvel em água, mas vários milhares de ovelhas morreram de fluorose após a erupção. Cronin et al. (2003) concluíram que o phreatomagmatic natureza de alguns dos Ruapehu erupções levou à formação de cálcio, de alumínio e fluoretos/fosfato de fases em cinzas, que são pouco solúveis em água, mas muito mais solúvel no sistema digestivo de animais de pasto. Morman and Plumlee (2010) and Caulkins et al., (2010) applied gástric IVBAs to examine whether such tests can better predict potential fluorosis hazards via an incidental VA digestion.
the USGS Field Leach Test results on samples of ash that was deposited dry and not subsequently rain upon (Hageman, 2007b; Wang et al., 2010) sugerem que a maioria dos VA deve esperar descargas a curto prazo de ácido, aniões e alguns metais em águas pluviais ou águas de superfície., A cinza que foi chovida em cima ou que é de erupções phreatomagmáticas envolvendo água significativa produz um lixiviado de pH substancialmente mais elevado com altos níveis de catiões principais e níveis mais baixos de oligoelementos (Wang et al., 2010) devido à descarga prévia de componentes solúveis e ao maior tempo para reações químicas entre as soluções de lixiviação e as partículas de cinzas. Estes resultados sugerem que o potencial de libertação de ácido e metais das cinzas é susceptível de diminuir substancialmente ao longo do tempo, como resultado de interacções com a precipitação.,
Em contraste com os silicatos e vidro-dominado cinzas de mais erupções, cinzas de uma série de relativamente pequenas erupções em 2008-09 no Halema’uma u’cratera, Kīlauea vulcão, Havaí, continha uma alta proporção de sulfatos de cálcio e complexo fases contendo ferro, cloreto, sulfato de alumínio, fosfato e outros elementos, que se formou como direta precipitados a partir de magmáticas gases em superfícies de fratura de parede de rochas perto da superfície da cratera., O colapso das rochas da parede na garganta da cratera impediu o fluxo de Gás, levando a sobrepressão e eventual libertação explosiva do material rico em precipitados (Houghton et al., 2011). Devido à elevada proporção destes precipitados no ejecta, os lixiviados de água provenientes das amostras de cinzas de Halema’uma ‘ u são os mais ácidos e têm as concentrações mais elevadas de fluoreto solúvel e vários conteúdos metálicos, que medimos utilizando o teste de lixiviação de campo do USGS.,o VA do vulcão Oldoinyo Lengai na Tanzânia é bastante exótico devido à natureza rica em dióxido de carbono dos magmas (Mitchell e Dawson, 2007). A abundância de fases de carbonatos incomuns produz os maiores lixiviados de pH de qualquer VA que analisamos. Tanto a água como os lixiviados gástricos têm concentrações extremamente elevadas de fluoreto e elementos exóticos (para os VA leachatos), tais como molibdênio, arsênico e vanádio., A fluorose que seria previsível com base nestes resultados é bem conhecida há anos devido à natureza rica em flúor das rochas vulcânicas da região. No entanto, os resultados também aumentam a possibilidade de toxicidade de outros elementos que podem ser menos conhecidos. Por exemplo, os níveis solúveis de molibdênio nas dezenas de ppm sugerem que a molibdênio em animais que pastam em áreas afetadas por cinzas ou em áreas de rochas vulcânicas composicionalmente semelhantes pode ser uma preocupação plausível.,
A Atenção tem-se concentrado apenas relativamente recentemente nos potenciais efeitos para a saúde da geração de MDE por metais libertados da VA respirável. Horwell et al. (2003) found that ash from the Soufrière Hills volcano has high surface reactivity and generates high levels of ROS, which they attributed to the release of ferrous from the ash. Mais recentemente, Horwell et al. (2007) found that basaltic ash generates substantially more radical species in acelular lab experiments than more silicic ash, again postulated to result from iron release., Sulfetos de ferro, que têm sido mostrados para gerar altos níveis de ROS em experimentos de laboratório (Harrington e Schoonen, 2012), estão presentes um ou dois por cento em volume em silício cinzas que temos estudado a partir de uma série de vulcões. Não está claro se estes sulfetos estão presentes em níveis suficientemente altos para contribuir substancialmente para a geração de ROS por, e portanto toxicidade de, VA.realizámos IVBAs em cinzas de vários vulcões e erupções utilizando simuladores de fluidos pulmonares e fluidos à base de soro como fluidos de extracção., Os resultados sugerem que uma variedade de elementos redox-variáveis, tais como manganês, cobre, cério, e outros, pode ser bastante bioacessível a partir de partículas de cinzas respirantes, em muitas amostras de cinzas ainda mais do que Ferro. São necessários mais trabalhos para compreender se estes elementos podem também contribuir para a geração de ROS e para a potencial toxicidade da VA.