Tro núi lửa

năm 2008, bao phủ khắp Patagonia từ Thái Bình Dương đến Đại Tây Dương.]]
1875, tro phủ khắp vùng Scandinavia trong 48 giờ.]]
ở Peter the Great's Naval Fortress, Estonia gần Laagri. Kích thước của vật chuẩn (thước đo) là ]]

Tro núi lửa bao gồm những mảnh vụn núi lửa (tephra) nhỏ, chúng là các đá và thủy tinh ở dạng bột được tạo ra từ các vụ phun trào núi lửa, có đường kính nhỏ hơn . Có 3 cơ chế tạo ra tro núi lửa: giải phóng ở dạng khí gây ra từ các vụ phun trào magma; giảm nhiệt khi tiếp xúc với nước gây ra các phun trào phreatomagma (phun trào do phản ứng giữa magma và nước), và giải phóng các hạt trong các phun trào có hơi nước gây ra bởi phreatic eruption (phun trào do nước bốc thành hơi do chạm magma nóng bỏng). Các vụ phun trào mạng mẽ trong tự nhiên liên quan đến hơi nước làm magma và các đá cứng xung quanh nát thành các hạt cỡ sét đến cát. Tro núi lửa có thể gây nguy hiểm cho sức khỏe con người và hoạt động của máy móc, như các đám mây tro núi lửa có thể gây nguy hiểm đối với máy bay và làm thay đổi kiểu thời tiết.

Tro núi lửa lắng đọng trên bề mặt đất làm phá hủy hệ sinh thái địa phương, cũng như làm đổ mái của các công trình. Tuy nhiên, theo thời gian, tro này là cho đất thêm màu mỡ. Khi lắng đọng và được nén chặt, chúng tạo thành loại đá gọi là tuff. Theo thời gian địa chất, việc phóng thích một lượng lớn tro có thể tạo thành các vòm tro núi lửa.

Sự hình thành

Tro núi lửa được tạo ra từ các vụ phun trào của núi lửa và quá trình phun trào của phreatomagmatic kèm theo dòng mật độ pyroclastic

Các vụ phun trào xảy ra khi magma được giải nén tăng lên, cho phép các chất dễ bay hơi (nước và nước biển) đi vào bong bóng khí. Khi có nhiều bong bóng khí được hình thành làm giảm mật độ của magma đẩy nó ra khỏi ống dẫn. Sự phân mảnh xảy ra khi các bong bóng khí chiếm từ 70 đến 80% thể tích của hỗn hợp phun trào. Các mảnh vỡ xuất hiện khi có sự tác động mạnh mẽ của các hạt bong bóng khí lên magma làm chúng vỡ ra thành từng mảnh nhỏ và bị đẩy ra ngoài khí quyển tạo thành các hạt tro núi lửa. Quá trình phân mảnh là một quá trình rất thành công của sự hình thành tro và có khả năng tạo ra tro mịn rất tốt của bong bóng khí ngay cả khi không có thêm nước.

Tro núi lửa cũng được tạo ra trong quá trình phreatomagmatic eruptions. Những đợt phun trào này xảy ra khi magma tiếp xúc với các nguồn nước (như biển, hồ và đầm lầy), nước ngầm, tuyết hoặc băng. Khi magma, nóng hơn đáng kể so với điểm sôi của nước, tiếp xúc với nước một lớp màng cách điện (hiệu ứng Leidenfrost), cuối cùng màng hơi này sẽ sụp đổ dẫn đến khớp nối trực tiếp giữa nước lạnh và magma nóng. Điều này làm tăng sự truyền nhiệt dẫn đến sự giãn nở nhanh chóng của nước và sự phân mảnh của magma thành các hạt nhỏ được đẩy ra từ miệng núi lửa. Quá trình này gây ra sự gia tăng diện tích tiếp xúc giữa magma và nước tạo ra cơ chế thông tin phản hồi, Trong các dòng mật độ pyroclastic, quá trình mài mòn hạt xảy ra khi các hạt tương tác với nhau làm giảm kích thước hạt và sản xuất các hạt tro mịn. Ngoài ra, tro núi lửa có thể được tạo ra trong quá trình phân mảnh thứ cấp của các mảnh vụn đá bọt, do sự bảo tồn nhiệt trong dòng chảy. Các quá trình này sản xuất ra một lượng lớn tro tro rất tinh khiết được loại bỏ khỏi các dòng mật độ pyroclastic trong tro bụi đồng-ignimbrit.

Các đặc tính vật lý và hóa học của tro núi lửa chủ yếu được kiểm soát bởi kiểu phun trào núi lửa. Hầu hết núi lửa hiển thị một loạt các kiểu phun trào được kiểm soát bởi hóa học magma, hàm lượng tinh thể, nhiệt độ và các chất khí hòa tan của magma phun trào và có thể được phân loại bằng chỉ số độ nóng của núi lửa (VEI). Những vụ phun trào hiệu quả (VEI 1) là do thành phần bazan sản sinh ra 109 m3) vào khí quyển. Một tham số khác dùng để kiểm soát số lượng tro được sản xuất là thời gian phun trào: thời gian phun trào càng lâu, tro sẽ được tạo ra nhiều hơn. Ví dụ vào ngày 14/4/2010, núi lửa Eyjafjallajoekull tiếp tục phun trào lần thứ 2 và được phân loại là VEI 4  mặc dù cột tro bụi chỉ ở độ cao 8&nbsp;km nhưng vụ phun trào vẫn tiếp diễn trong một tháng, khiến một lượng tro lớn bị đẩy ra khỏi bầu khí quyển.

Tính chất

Tính hóa học

Các loại khoáng chất có trong tro núi lửa phụ thuộc vào tính hóa học của magma mà nó phun trào. Các nguyên tố nhiều nhất được tìm thấy trong magma là silica (SiO2) và oxy, các loại magma (và tro) được tạo ra trong quá trình phun trào núi lửa được xác định chứa nhiều hàm lượng silica. Những vụ phun trào có năng lượng thấp từ bazan tạo ra tro đen đặc trưng có chứa khoảng 45-55% silica nói chung giàu sắt (Fe) và magnesi (Mg). Các vụ phun trào núi lửa rhyolit gây nổ mạnh nhất tạo thành tro chứa hàm lượng silica cao (> 69%) trong khi các loại tro khác có thành phần trung gian (ví dụ: andesit hoặc dacit) có hàm lượng silica từ 55-69%.

Những khí chính phát ra trong quá trình hoạt động núi lửa là nước, carbon dioxide, lưu huỳnh dioxide, hydro, hydrogen sulfide, cacbon monoxit và hydrogen chloride. Các loại khí sulfide, halogen và kim loại được loại bỏ khỏi bầu khí quyển bằng các quá trình phản ứng hóa học, sự lắng đọng khô và ướt, và do sự hấp phụ lên bề mặt tro núi lửa.

Một loạt các hợp chất sulfat và halide (chủ yếu là chloride và fluoride) dễ dàng tìm thấy từ tro núi lửa nguyên chất. Hầu hết các muối này được hình thành như là kết quả của việc phân giải nhanh các hạt tro trong các vụ phun trào, cung cấp cation liên quan đến quá trình lắng đọng các muối sulfate và halide.

Trong khi có 55 loại ion được liệt kê trong các hạt tro nguyên chất, Trong một thí nghiệm trên tro từ vụ phun trào núi lửa St. Helens năm 1980, muối chloride được tìm thấy là dễ tan nhất, tiếp theo là các muối sulfat Độ pH của tro nguyên chất biến đổi rất nhiều, tùy thuộc vào sự có mặt của chất ngưng tụ axit khí (chủ yếu là kết quả của khí SO2, HCl và HF trong vụ phun trào) trên bề mặt tro.

Cấu trúc tinh thể-rắn của muối hoạt động giống như một chất cách điện hơn một dây dẫn. Tuy nhiên, khi muối được hoà tan vào dung dịch bằng nguồn ẩm (ví dụ như sương mù, mưa nhẹ...), tro sẽ trở nên ăn mòn và dẫn điện.

Một nghiên cứu gần đây cho thấy độ dẫn điện của tro núi lửa tăng lên khi (1) tăng độ ẩm, (2) tăng hàm lượng muối hòa tan, và (3) tăng sức nén (mật độ khối).

Tro núi lửa tạo ra trong quá trình phun trào xung quanh chủ yếu bao gồm các mảnh thạch quyển và khoáng chất đã bị biến đổi một cách thủy nhiệt, thường là trong đá đất sét. Các bề mặt hạt thường được phủ bởi các tinh thể zeolit hoặc đất sét và chỉ còn lại kết cấu để xác định các loại pyroclast. Sự phá vỡ các magmas có độ nhớt thấp (ví dụ, bazan) thường tạo thành các hạt có hình dạng giọt. Hình dạng giọt này, một phần là do sự căng của bề mặt, sự gia tăng của các giọt sau khi chúng thoát ra, và ma sát không khí. Hình dạng từ các quả cầu hoàn hảo đến một loạt các giọt xoắn, dài với bề mặt trơn, lỏng. Vì các hạt thô và chặt hơn được tích tụ gần nguồn, các mảnh vỡ tinh thể và đá bọt được làm giàu tương đối trong các đọng tro ở các vị trí xa xôi. Khối lượng riêng và độ cứng cao (khoảng 5 trên thang độ cứng của Mohs) cùng với góc độ cao, làm cho một số loại tro núi lửa (đặc biệt là các loại chứa hàm lượng silica rất cao) rất dễ mài mòn.

Kích thước hạt

Tro núi lửa chứa các hạt (pyroclasts) có đường kính 2&nbsp;mm được phân loại như lapilli),

Lượng tro bụi xảy ra ngay sau vụ phun trào và được kiểm soát bởi mật độ hạt. Ban đầu, các hạt thô rơi ra gần nguồn. Tiếp theo là sự xuất hiện của lapilli bổ sung, là kết quả của sự kết tụ hạt trong cột. Sự phát tán của tro ít tập trung hơn trong các giai đoạn cuối cùng khi cột di chuyển theo hướng gió. Điều này dẫn đến sự lắng đọng tro mùa thường giảm độ dày và kích thước hạt theo cấp số nhân với khoảng cách ngày càng tăng từ núi lửa. Các hạt tro mịn có thể vẫn còn trong bầu khí quyển trong vài ngày tới vài tuần và được phân tán bởi các luồng gió cao. Những hạt này có thể làm gián đoạn một cách khủng khiếp giao thông hàng không khắp ở khắp các quốc gia và ảnh hưởng đến khí hậu toàn cầu.

Những cành tro tro núi lửa có thể hình thành các dòng mật độ pyroclastic trên, được gọi là cọ đồng-ignimbrite. Khi các dòng mật độ pyroclastic di chuyển ra khỏi núi lửa, các hạt nhỏ hơn sẽ được loại bỏ khỏi dòng chảy bằng cách di chuyển và hình thành một vùng ít đậm hơn nằm trên dòng chính. Khu vực này sau đó sẽ cuốn hút không khí xung quanh và một đám lông chim co-ignimbrite trôi nổi được hình thành. Những cọ này có xu hướng có nồng độ cao hơn các hạt tro mịn tốt hơn so với các đám mây phun trào magma do sự mài mòn trong dòng mật độ mật độ pyroclastic.

Việc phân tán tro núi lửa có thể làm gián đoạn và làm hỏng cơ sở hạ tầng tùy theo xã hội. Một số vụ phun trào gần đây đã cho thấy tính dễ bị thiệt hại của các khu đô thị dù chỉ nhận được một vài milimet hoặc cm của tro núi lửa. Điều này đã đủ để gây gián đoạn các phương tiện giao thông, điện, nước, nước thải và nước mưa. Chi phí phát sinh từ việc gián đoạn các hoạt động kinh doanh, thay thế các bộ phận bị hư hỏng và tổn thất bảo hiểm. Sự phân tán tro ảnh hưởng đến cơ sở hạ tầng quan trọng cũng có thể gây ra nhiều tác động kéo theo, có thể phá vỡ nhiều ngành và dịch vụ khác nhau.

Núi lửa tro tàn là về thể chất, xã hội và kinh tế phá hoại. Tro núi lửa có thể ảnh hưởng đến cả khu vực gần và khu vực nhiều trăm cây số từ nguồn, và gây ra sự gián đoạn và tổn thất trong nhiều lĩnh vực cơ sở hạ tầng khác nhau. Tác động phụ thuộc vào: độ dày lớp tro mùa; Thời gian tro tàn; Kích thước hạt và tính chất của tro; Liệu tro có ướt hay khô; Và bất kỳ biện pháp chuẩn bị, quản lý và phòng ngừa (giảm nhẹ) nào được sử dụng để giảm tác động từ sự sụp đổ của tro. Các lĩnh vực khác nhau của cơ sở hạ tầng và xã hội bị ảnh hưởng theo nhiều cách khác nhau và dễ bị ảnh hưởng bởi nhiều tác động hoặc hậu quả. Cái này sẽ được thảo luận trong các phần sau.

Các ngành cơ sở hạ tầng

Công nghiệp điện

Tro núi lửa có thể gây gián đoạn các hệ thống cấp điện ở tất cả các cấp độ phát điện, chuyển đổi, truyền tải và phân phối điện. Có bốn tác động chính phát sinh từ sự nhiễm bẩn tro trong thiết bị được sử dụng trong quá trình phân phối điện:

Sự lắng đọng ẩm của tro trên các chất cách ly điện áp cao có thể gây ra hiện tượng rò rỉ (dòng điện nhỏ trên bề mặt chất cách điện), nếu dòng điện đủ, có thể gây ra thủng chất cách điện (sự phóng điện ngoài ý muốn ra xung quanh hoặc trên bề mặt của lớp cách điện).

Nếu hiện tượng đoản mạch đủ để dừng bộ phận ngắt điện thì sẽ xuất hiện sự gián đoạn cung cấp điện. Những nơi thủng do tro bám vào trong lớp cách điện có thể gây cháy, ăn mòn hoặc phá vỡ lớp cách điện không thể sửa chữa và kết quả là dẫn đến sự gián đoạn nguồn cung cấp điện.

Tro núi lửa có thể ăn mòn, làm thủng và gây ẩm thấp bộ máy kim loại, đặc biệt là các bộ phận chuyển động như tuabin nước và gió và quạt làm lạnh trên máy biến thế hoặc nhà máy nhiệt điện.
Mật độ khối lượng lớn của một số trầm tích tro có thể gây hư hỏng đường dây và thiệt hại cho tháp bằng thép và cột gỗ do tro bám vào. Điều này là nguy hiểm nhất khi tro và/hoặc các đường dây và cấu trúc ướt (ví dụ: do lượng mưa) và đã có ≥10&nbsp;mm tro bụi. Hạt hạt mịn (ví dụ, 1000&nbsp;°C) của một động cơ phản lực lớn hiện đại.] Mức độ ảnh hưởng phụ thuộc vào nồng độ ash trong cát, thời gian mà máy bay trải qua trong lông, và các hành động của phi công. Bất đối xứng, sự tan chảy của tro, đặc biệt là thủy tinh núi lửa, có thể dẫn đến việc củng cố tro được củng cố trên tua bin dẫn động tuabin dẫn tới gian hàng máy nén và hoàn toàn mất lực đẩy động cơ. Quy trình tiêu chuẩn của hệ thống điều khiển động cơ khi phát hiện ra một gian hàng có thể làm tăng khả năng làm trầm trọng thêm vấn đề. Đề nghị phi công làm giảm công suất của động cơ và nhanh chóng thoát khỏi đám mây bằng cách giảm 180 °. Vào ngày 15 tháng 4 năm 2010, Không lực Phần Lan đã ngưng các chuyến bay huấn luyện khi tìm thấy thiệt hại xảy ra do việc các động cơ của một trong những chiếc máy bay Boeing F-18 Hornet hút bụi núi lửa vào. Vào ngày 22 tháng 4 năm 2010, các chuyến bay huấn luyện của Anh RAF Typhoon cũng tạm thời bị treo sau khi chất lắng của bụi núi lửa được tìm thấy trong các động cơ phản lực. Tháng 6 năm 2011, có những đóng cửa không phận tương tự tại Chile, Argentina, Brazil, Australia và New Zealand, sau vụ phun trào của Puyehue-Cordón Caulle, Chile.

Xác định
Mây tro núi lửa khó phát hiện từ máy bay vì không có buồng lái trên tàu để phát hiện chúng. Tuy nhiên, Nicarnica Aviation, một chi nhánh của Viện Nghiên cứu Hàng không Na Uy, đã phát triển một hệ thống mới gọi là Biệt Cách Dù núi lửa hồng ngoại Object Detector (TRÁNH) mà sẽ cho phép các phi công để truyền tải lên đến 100&nbsp;km (62 dặm) của tro và bay một cách an toàn xung quanh họ. Hệ thống sử dụng hai camera hồng ngoại nhanh, gắn trên mặt hướng về phía trước, được điều chỉnh để phát hiện tro núi lửa. Hệ thống này có thể phát hiện nồng độ ash từ 50&nbsp;mg / m3, cho thí điểm cảnh báo khoảng 7-10 phút.

Ngoài ra, có thể sử dụng hình ảnh mặt đất và vệ tinh, radar và lidar để phát hiện đám mây tro. Thông tin này được thông qua giữa các cơ quan khí tượng thủy văn, các đài quan sát núi lửa và các công ty hàng không thông qua Trung tâm Tư vấn Khí núi lửa Volcanic (VAAC). Có một VAAC cho từng khu vực trên thế giới. Các VAAC có thể đưa ra lời khuyên về cách mô tả mức độ đám mây tro trong hiện tại và tương lai.

Hệ thống Sân Bay
Tro núi lửa không chỉ ảnh hưởng đến hoạt động bay mà còn có thể ảnh hưởng đến hoạt động của sân bay trên đất liền. Tích lũy tro tàn nhỏ có thể làm giảm khả năng hiển thị, tạo ra các đường băng và đường băng trơn, truyền thông và hệ thống điện, xâm nhập các dịch vụ mặt đất, phá hủy các tòa nhà và máy bay đỗ. Việc tích tụ tro trên vài milimet cần phải được loại bỏ trước khi các sân bay có thể tiếp tục hoạt động đầy đủ. Ash không biến mất (không giống như tuyết rơi) và phải được xử lý theo cách ngăn không cho nó bị gió và máy bay tái sử dụng.

Giao thông Đường Bộ
Ash có thể làm gián đoạn hệ thống giao thông trên diện rộng trong nhiều giờ liền, bao gồm đường sá, xe cộ, đường sắt và cảng và vận chuyển. Tro rơi sẽ làm giảm khả năng hiển thị mà có thể làm cho lái xe trở nên khó khăn và nguy hiểm.

Thiết bị viễn thông có thể bị hư hỏng do rơi tro trực tiếp. Hầu hết các thiết bị hiện đại đòi hỏi phải làm mát liên tục từ các máy điều hòa không khí. Đây là những dễ bị tắc nghẽn bởi tro làm giảm hiệu quả làm mát của chúng. Sạt lở nặng có thể gây ra các đường dây viễn thông, cột buồm, dây cáp, ăngten, các món ăn và tháp râu bị sập vì tro tàn. Tro bụi cũng có thể gây ra sự ăn mòn nhanh của các thành phần kim loại. Các thành phần dễ bị tổn thương nhất là các thành phần cơ khí, chẳng hạn như quạt làm mát, ổ đĩa CD, bàn phím, chuột và miếng đệm cảm ứng. Các thành phần này có thể bị kẹt với tro hạt mịn làm cho chúng ngừng hoạt động; Tuy nhiên, hầu hết có thể được phục hồi để làm việc bằng cách làm sạch bằng khí nén. Tro bụi có thể gây ra các mạch điện ngắn trong các máy tính để bàn; Tuy nhiên, sẽ không ảnh hưởng đến máy tính xách tay.

Sức khỏe con người và động vật
Các hạt tro có đường kính nhỏ hơn 10 μm được treo trong không khí được biết là có thể hít được, và những người tiếp xúc với tro bụi đã có kinh nghiệm về sự khó chịu về hô hấp, khó thở, mắt và các triệu chứng của da, và các triệu chứng mũi và họng. Tác động sức khỏe của tro núi lửa phụ thuộc vào kích cỡ hạt, thành phần khoáng vật và lớp phủ hóa học trên bề mặt của các hạt tro.

Không có trường hợp nào ghi nhận trường hợp silicosis phát triển do tiếp xúc với tro núi lửa. Tuy nhiên, nghiên cứu dài hạn cần thiết để đánh giá những tác động này đang thiếu. Từ Vụ phun trào Laki 1783 ở Iceland người ta biết rằng ngộ độc floine xảy ra ở người và gia súc như là kết quả của sự hóa học của tro và khí, chứa hàm lượng Hydrogen Fluoride cao. Sau vụ phun trào Núi Ruapehu năm 1995/96 tại New Zealand, hai ngàn con cừu và chiên con chết sau khi bị nhiễm fluorosis trong khi chăn thả trên mặt đất chỉ với 1–3&nbsp;mm tro tàn. Những đợt ngã lớn hơn sẽ hoàn toàn chôn vùi những đồng cỏ và đất dẫn tới cái chết của đồng cỏ và khử trùng đất do thiếu oxy. Sự sống sót của cây trồng phụ thuộc vào độ dày tro, hóa học tro, độ chặt của tro, lượng mưa, thời gian chôn lấp và chiều dài thân cây tại thời điểm tro tàn. Mất tro không có khả năng giết cây trưởng thành, nhưng việc đổ tro sẽ phá vỡ các cành lớn trong khi tro rơi nặng (> 500&nbsp;mm). Sự phá hủy cây cũng có thể xảy ra, đặc biệt nếu có thành phần tro bụi thô trong tro tàn.

Các tác động lên dây chuyền cũng có thể phụ thuộc lẫn nhau. Tính dễ bị tổn thương của mỗi cuộc sống có thể phụ thuộc vào: loại nguy hiểm, mật độ không gian của các mối liên kết quan trọng, sự phụ thuộc vào các liên kết quan trọng, tính nhạy cảm đối với thiệt hại và tốc độ khôi phục dịch vụ, tình trạng sửa chữa hoặc tuổi tác, và đặc điểm thể chế hoặc quyền sở hữu. Sự ra đời của Ash từ sự kiện này cũng gây ra thiệt hại cho ngành nông nghiệp ở địa phương, thiệt hại trong ngành du lịch, phá hủy đường sá và cầu ở Iceland (kết hợp với nước nóng băng tan) và chi phí liên quan đến ứng phó khẩn cấp và dọn dẹp. Tuy nhiên, trên toàn Châu Âu có nhiều thiệt hại liên quan đến sự gián đoạn du lịch, ngành công nghiệp bảo hiểm, dịch vụ bưu chính, và xuất nhập khẩu trên khắp châu Âu và trên toàn thế giới. Những hậu quả này cho thấy sự phụ thuộc lẫn nhau và sự đa dạng của các tác động từ một sự kiện duy nhất.

Xem thêm
Mờ đi toàn cầu
Pozzolana
Niên đại học tephra (Tephraochronology)

Tham khảo

Tài liệu

Đọc thêm

U.S. Department of the Interior. U.S. Geological Survey. (1991). First international symposium on volcanic ash and aviation safety: program and abstracts: Seattle, Washington, July 8–12, 1991 [U.S. Geological Survey Circular 1065]. Denver: author.

Liên kết ngoài

A map of the 9 VAAC regions
Ash Thickness and Particle Size Downwind from Mount St. Helens, Washington, on ngày 18 tháng 5 năm 1980
Tephra Falls of the 1991 Eruptions of Mount Pinatubo
What to do during an ash fall event
Economic costs of volcanic ash to aviation NOAA Economics
Civil Aviation Authority - News Alert - ngày 20 tháng 4 năm 2010: Volcanic Ash Information

On the Occurrence of a Volcanic Ash Layer in the Xylokastro Area, North Peloponnesus, Greece: Mineralogy and Geochemistry