11.7.5.3 Cenușă Vulcanică
VA izbucnit exploziv de la un vulcan este în general compus dintr-un amestec de piatră ponce/cioburi de sticlă (în esență stins magma), fragmente mai vechi roci din vulcan, și proporții variabile de cristale sau fragmentele de cristal de diferite silicați și alte mai puțin abundent mineral tipuri. Figura 1(a) prezintă condițiile prăfuite din Homer, Alaska, create de ashfall de la erupția din 4 aprilie 2009 a muntelui. Redută la aproximativ 105 km distanță.,au fost observate efecte asupra sănătății respiratorii Acute cauzate de expunerile la VA, cum ar fi astmul, iritarea tractului respirator și posibile probleme cardiopulmonare asociate. Acestea rezultă parțial din expuneri la niveluri ridicate de particule de cenușă aeropurtate sau resuspendate care pot fi inhalate adânc în porțiunile bronhiolare sau alveolare ale tractului respirator (< 2, 5 până la 10 µm)., Ca norul de cenușă de la o singură erupție se mișcă în direcția vântului, cea mai grosieră și mai grele particule tind să se așeze, și astfel încât proporția de particule de cenușă în cea mai mică mărime variază, de obicei, crește în mod substanțial în comparație cu cele din grosiere dimensiune variază, dar scade în masa totală (Figura 2). Distribuția dimensiunii particulelor de cenușă poate varia, de asemenea, în funcție de tipul și dinamica erupției, chiar și în diferite erupții ale aceluiași vulcan., După cum sa menționat de către Horwell și Baxter (2006), frasin particule au o tendință puternică de a se strânge în grupuri, astfel încât este probabil că proporția de particule de cenușă, care sunt de fapt respirat pot fi mult mai mici decât sumele găsite prin laser, analiza apoasă de cenușă de suspendare. Precipitațiile pot modifica distribuția granulometrică a depunerilor de cenușă decontate, probabil eliminând selectiv fracțiunea mai fină prin scurgere (Figura 2).
Figura 2., Acest complot arată distribuția dimensiunii particulelor (determinată folosind laser Malvern Mastersizer) a depozitelor de cenușă din 18 mai 1980 Mt. Erupția St. Helens, statul Washington, Statele Unite, a fost colectată la distanțe progresiv mai mari în direcția vântului față de vulcan. Limitele aproximative ale mărimii superioare de semnificație fiziologică sunt, de asemenea, prezentate pe complot.
morfologia particulelor de cenușă poate juca, de asemenea, un rol în iritarea tractului respirator., De exemplu, marginile ascuțite ale cioburilor de sticlă și ale cristalelor sparte (Figura 3) pot provoca abraziunea țesuturilor care căptușesc tractul respirator și ochii.
Figura 3. Software-ul Modern de analiză a imaginilor cu microscopie electronică de scanare (sem) oferă un mijloc de evaluare relativ rapidă a cantităților de minerale particulare dintr-o probă DM. Această imagine SEM este o hartă element de cenușă de la erupția din 2010 a vulcanului Mount Merapi, Indonezia., Cercurile evidențiază fazele în care silica este constituentul singuratic (magenta) și arată că multe dintre boabele numai silice au un diametru mai mare de 15-25 µm și sunt atașate la alte boabe minerale. Software-ul de imagistică permite calcularea procentului areal de faze numai silice prezente în eșantion, în acest caz în jur de 2% din boabe. Analiza a fost efectuată de Heather Lowers, USGS.,
toxicitatea potențială a respirabilă siliciu cristalin în VA a fost un motiv de îngrijorare din respiratorie punctul de vedere al sănătății pentru ceva timp (Horwell și Baxter, 2006; Horwell et al., 2010)., Numărul de detaliate epidemiologice sau studii toxicologice specifice VA este limitat, iar cei care au fost efectuate la data la VA-expuse populațiile nu sunt neapărat concludente în ceea ce privește riscul pentru dezvoltarea de silicoză, nespecifice, pneumoconioza, sau alte boli pulmonare (cum ar fi cancerul pulmonar sau boli pulmonare obstructive cronice), care sunt mai frecvent legate de expunerile la locul de muncă la niveluri ridicate de relativ pură cristalină de silice (Horwell și Baxter, 2006)., Cristobalitul, o varietate de silice cristalină, este cel mai abundent în cenușă din erupțiile care rezultă din prăbușirea cupolelor vulcanice (Horwell și Baxter, 2006). Cristobalitul se formează inițial prin depunerea directă din gazele vulcanice în fracturile cupolei. Cristobalit de identificare în VA prin XRD necesită o specialitate de pretratare de cenușă din cauza unei XRD vârf se suprapun cu calciu plagioclazi (Horwell et al., 2010)., Cu toate acestea, metodele relativ noi de cartografiere și analiză a elementelor utilizând SEM pot oferi o indicație relativ rapidă a proporției fazelor de silice pură, împreună cu informații cheie privind evenimentele și distribuția mărimii acestora în probele de cenușă decontată (Figura 3). Este important să rețineți că potențialul de toxicitate de siliciu cristalin se diminuează pe măsură ce se diluează cu alte aluminosilicat minerale, și astfel un efect atenuant ar putea în mod clar să apară cu VA, având în vedere abundența de alte silicat de minerale și de sticlă (Horwell și Baxter, 2006; Plumlee și Ziegler, 2007).,
Fluoroza în efectivele de animale, animale sălbatice, și mai rar la om este, de asemenea, o altă importantă problemă de sănătate la un favorabile din punct de vedere geologic, vulcanii unde magmele sau erupție procese duce la fluor relativ bogate în cenușă, cum ar fi 2010 a vulcanului Eyjafjallajökull și alte Islanda erupții vulcanice; mici 2008-09 Halema’uma ‘ u crater erupții, vulcanul Kilauea, Hawaii; 1995-96 Ruapehu erupții, Noua Zeelandă; și 2007 Oldoinyo Lengai erupție, Tanzania., Fluorura, împreună cu sulfatul, clorura, acidul și unele urme de metale, pot fi legate în săruri relativ solubile în VA sau sunt sorbite slab pe suprafețele particulelor VA (Witham et al., 2005). În majoritatea VA, aceste săruri sau specii sorbate sunt o componentă relativ mică a cenușii totale (comparativ cu volumul mare de particule de sticlă și minerale) și rezultă din interacțiunile particulelor de cenușă cu aerul și componentele gazoase (inclusiv gazele acide) ale penei vulcanice (Witham et al., 2005)., În cazul celor mai multe VA de fluor-sisteme de bogat, fluorul este relativ abundent și solubil în apă – fie fluorul este absorbit în suprafață resursele de apă, care sunt consumate sau bioaccessible fluorul este solubilizat de cenușă care este consumat împreună cu furaje prin pășunat animale sălbatice sau animale. Pentru erupțiile de cenușă, cum ar fi acestea, prezența fluorurii solubile în apă este ușor detectată prin teste de levigare a apei, cum ar fi testul de levigare a câmpului USGS (Hageman, 2007b)., În cazul Ruapehu, testele de levigare a apei nu au indicat cantități semnificative de fluor solubil în apă, totuși câteva mii de oi au murit din cauza fluorozei în urma erupției. Cronin și colab. (2003) a concluzionat că natura freatomagmatică a unora dintre erupțiile Ruapehu a dus la formarea de fluoruri de calciu și aluminiu/faze de fosfat în cenușă, care sunt puțin solubile în apă, dar mult mai solubile în sistemul digestiv al animalelor de pășunat. Morman and Plumlee (2010) și Caulkins și colab., (2010) a aplicat ivbas gastric pentru a examina dacă astfel de teste pot prezice mai bine potențialele pericole de fluoroză printr-o ingestie incidentală VA.
rezultatele testului de levigare a câmpului USGS pe probe de cenușă care au fost depozitate uscate și care nu au plouat ulterior (Hageman, 2007b; Wang et al., 2010) sugerează că bufeuri pe termen scurt de acid, anioni, și unele metale în apa de ploaie sau apele de suprafață ar trebui să fie de așteptat de la cele mai multe VA., Ash, care a fost plouat sau ca este de la phreatomagmatic erupții implică semnificative de apă produce un substanțial mai mare-pH levigat cu un nivel ridicat de cationi mari și niveluri mai scăzute de urme de metale (Wang et al., 2010) datorită spălării prealabile a componentelor solubile și a timpului mai mare pentru reacțiile chimice dintre soluțiile de levigat și particulele de cenușă. Aceste rezultate sugerează că potențialul de eliberare a acidului și a metalelor din cenușă este probabil să se diminueze substanțial în timp, ca urmare a interacțiunilor cu precipitațiile.,
În contrast cu silicat – și sticlă, dominat de cenușă de cele mai multe erupții vulcanice, cenușă dintr-o serie de relativ mici erupții în 2008-09 la Halema’uma ‘ u summit crater, Kīlauea vulcan, Hawaii, conținea un procent ridicat de calciu, sulfați și complexe faze care conțin fier, clor, sulfat de aluminiu, fosfat, și alte elemente, care formează direct precipită din magmatice gaze pe suprafețele de fractură de perete de stânci în apropiere de suprafața craterului., Prăbușirea rocilor de perete în gâtul craterului a împiedicat fluxul de gaz, ceea ce a dus la eliberarea excesivă și eventuală a materialului bogat în precipitat (Houghton et al., 2011). Din cauza proporției mari a acestor precipitate în ejecție, apă levigate din Halema’uma ‘ u ash probe sunt cele mai acide și au cele mai mari concentrații de fluor solubil și diverse conținutul de metale, care trebuie măsurată cu ajutorul USGS Domeniul Leach Test.,
VA din Oldoinyo Lengai vulcan în Tanzania este destul de exotic datorită natrocarbonatitic, bogată în dioxid de carbon natura magmele (Mitchell și Dawson, 2007). Abundența fazelor neobișnuite de carbonat produce cele mai mari levigate de pH din orice VA pe care le-am analizat. Atât de apă și gastric levigate au concentrații extrem de ridicate de fluor și elemente exotice (pentru a VA levigate), cum ar fi molibden, arsen, și vanadiu., Fluoroza care ar fi previzibilă pe baza acestor rezultate este bine cunoscută de ani de zile datorită naturii bogate în fluor a rocilor vulcanice din regiune. Cu toate acestea, rezultatele ridică, de asemenea, posibilitatea de toxicitate din alte elemente care pot fi mai puțin cunoscute. De exemplu, nivelurile solubile de molibden în zeci de ppm sugerează că molibdenoza la animalele care pasc în zonele afectate de cenușă sau în zonele cu roci vulcanice similare compozițional poate fi o preocupare plauzibilă.,atenția s-a concentrat relativ recent asupra efectelor potențiale asupra sănătății generării de ROS de către metalele eliberate din va respirat. Horwell și colab. (2003) a constatat că cenușa vulcanului Soufrière Hills are o reactivitate ridicată la suprafață și generează niveluri ridicate de ROS, pe care le-au atribuit eliberării fierului feros din cenușă. Mai recent, Horwell și colab. (2007) a constatat că cenușa bazaltică generează specii substanțial mai radicale în experimentele de laborator acelulare decât mai multă cenușă silicică, din nou postulată pentru a rezulta din eliberarea fierului., De fier, sulfuri, care au fost prezentate pentru a genera niveluri ridicate de ROS în experimente de laborator (Harrington și Schoonen, 2012), sunt prezente până la una sau două procente de volum în silicic cenușă care am studiat-o de la un număr de vulcani. Nu este clar dacă aceste sulfuri sunt prezente în niveluri suficient de ridicate pentru a contribui substanțial la generarea ROS prin și, prin urmare, toxicitatea VA.am efectuat IVBAs pe cenușă dintr-un număr de vulcani și erupții diferite, folosind simulanți de lichid pulmonar și fluide pe bază de ser ca fluide de extracție., Rezultatele sugerează că o varietate de elemente variabile redox, cum ar fi manganul, cuprul, ceriul și altele, pot fi mai degrabă bioaccesibile din particulele de cenușă respirate, în multe probe de cenușă chiar mai mult decât fierul. Sunt necesare eforturi suplimentare pentru a înțelege dacă aceste elemente ar putea contribui, de asemenea, la generarea ROS și la toxicitatea potențială a VA.