Obsah
- Co je vulkanický popel?
- Vlastnosti sopečného popela
- Erupce popela a sloupce popela
- Ash chocholy, Ashfalls a Ash Fields
- Dopad sopečného popela
- Dopad na lidské zdraví:
- Dopad na zemědělství:
- Dopad na budovy:
- Dopad na spotřebiče:
- Dopad na komunikaci:
- Dopad na zařízení na výrobu energie:
- Dopad na pozemní dopravu:
- Dopad na leteckou dopravu:
- Dopad na systémy zásobování vodou:
- Dopad na systémy odpadních vod:
- Plánování sopečného popela
Sopečný popel oblak od Cleveland Volcano, která se nachází na ostrově Chuginadak v řetězci Aleutského ostrova u Aljašky. Snímek NASA pořízený Jeffem Williamsem, leteckým technikem, z Mezinárodní vesmírné stanice. Větší obrázek.
Co je vulkanický popel?
Vulkanický popel se skládá z částic práškového až pískového materiálu z vyvřelého horninového materiálu, které byly vypuštěny do vzduchu erupcí sopkou. Termín se používá pro materiál, když je ve vzduchu, poté, co spadne na zem a někdy poté, co byl litifikován do skály. Pojmy „sopečný prach“ a „sopečný popel“ se používají pro stejný materiál; „sopečný prach“ se však vhodněji používá pro materiál velikosti prášku.
Sopečný popel od Mount St. Helens, erupce 1980. Obrázek USGS, D.E. Wieprecht. Větší obrázek.
Částice sopečného popela prohlíženo skenovacím elektronovým mikroskopem. USGS obrázek A.M. Sarna-Wojcicki. Větší obrázek.
Vlastnosti sopečného popela
Na první pohled vypadá vulkanický popel jako měkký, neškodný prášek. Místo toho je vulkanický popel skalním materiálem s tvrdostí přibližně 5+ na stupnici Mohsovy tvrdosti. Skládá se z nepravidelně tvarovaných částic s ostrými, zubatými okraji (viz mikroskopický pohled). Spojte vysokou tvrdost s nepravidelným tvarem částic a vulkanický popel může být brusným materiálem. To dává těmto malým částicím schopnost poškodit okna letadla, dráždí oči, způsobit neobvyklé opotřebení pohyblivých částí zařízení, s nimiž přicházejí do styku, a způsobit mnoho dalších problémů diskutovaných níže v části „Dopad sopečného popela“.
Částice sopečného popela jsou velmi malé a mají vesikulární strukturu s četnými dutinami. To jim dává relativně nízkou hustotu horninového materiálu. Tato nízká hustota v kombinaci s velmi malou velikostí částic umožňuje erupci sopečného popela vysoko do atmosféry a velké vzdálenosti větru. Sopečný popel může způsobit problémy na dlouhou vzdálenost od vybuchující sopky.
Částice sopečného popela jsou nerozpustné ve vodě. Když zvlhnou, vytvoří kejdu nebo bahno, které může učinit silnice a přistávací dráhy kluzké. Mokrý sopečný popel může vyschnout na pevnou hmotu podobnou betonu. To mu umožňuje připojit bouřkové kanalizace a přilepit srst zvířat, která jsou venku, když popel padá zároveň s deštěm.
Sloupec sopečného popela: Erupční sloupec Mount St. Helens 18. května 1980. Toto výbušné uvolnění způsobilo horký sloupec stoupající tephra, sopečných plynů a strhávaného vzduchu, který se zvedl do výšky 22 kilometrů za méně než deset minut. Silný převládající vítr vedl popel na východ rychlostí asi 100 kilometrů za hodinu. Za méně než čtyři hodiny padal popel na město Spokane asi 400 kilometrů daleko ao dva týdny později erupční mrak obklíčil Zemi. Obrázek USGS od A. Post.
Erupce popela a sloupce popela
Některé magmy obsahují obrovské množství rozpuštěného plynu při velmi vysokých tlacích. Když dojde k erupci, dojde k náhlému uvolnění omezujícího tlaku na tyto plyny a rychle expandují, spěchají z vulkanického otvoru a nesou s sebou malé kousky magmatu. Podzemní voda v blízkosti magmatické komory může být přivedena do páry se stejným výsledkem. To jsou zdroje částic popela pro některé erupce. Obrovské množství horkého unikajícího, rozpínajícího se plynu, proudícího z větracího otvoru, může tlačit erupční sloupec popela a horkých plynů vysoko do vzduchu.
Průvodní obrázek ukazuje část sloupce popela vytvořeného erupcí Mount St. Helens v květnu 1980. Při této erupci výbušné uvolňování horkých sopečných plynů do atmosféry způsobilo sloupec stoupající tephra, sopečných plynů a strhávaného vzduchu, který se zvedl do výšky 22 kilometrů za méně než deset minut. Potom silný převládající vítr vedl popel na východ rychlostí asi 100 kilometrů za hodinu. Za méně než čtyři hodiny padal popel na město Spokane asi 400 kilometrů od větracího otvoru. O dva týdny později byl prach z erupce nesen kolem Země.
Erupce Mount St. Helens byla svou velikostí a intenzitou výjimečná. Typičtější vydání popela je na obrázku v horní části této stránky. Na tomto obrázku sopka Cleveland, která se nachází na ostrově Chuginadak v řetězci Aleutského ostrova na Aljašce, uvolňuje malý oblak popela, který se během několika minut odpojí od sopky a je odváděn větrem.
Mapa sopečného pádu: Mapa znázorňující geografické rozšíření spadů popela ze Spojených států amerických z 18. května 1980, erupce hory St. Helens. USGS obrázek. Větší mapa.
Tloušťka popela: Usazeniny Ashfall jsou obecně husté a hrubé ve velikosti částic poblíž sopky. Avšak na dálku se vklad stává tenčí a jemnější.
Popel oblak: Po celém kontinentu se fouká dlouhý oblak popela z sopky Chaitén v jižním Chile. Větší obrázek.
Ash chocholy, Ashfalls a Ash Fields
Jakmile je popel vypuštěn do vzduchu sopkou, vítr má příležitost jej přesunout. Tento pohyb, spolu se vzduchovými turbulencemi, pracuje na distribuci suspendovaného popela na široké ploše. Tyto oblaky popela pohybované větrem jsou známé jako oblaky popela. Obrázek níže ukazuje oblak popela, který vznikl výbuchem sopky Chaitén v jižním Chile 3. května 2008. Tento oblak začíná v Chile, protíná Argentinu a prodlužuje stovky kilometrů přes Atlantický oceán a při cestování se šíří.
Jak se oblak popela pohybuje pryč od sopečného větrání, nemá již příval unikajících plynů, který by jej podporoval. Nepodporované částice popela začínají vypadávat. Největší částice popela vypadávají první a menší částice zůstávají suspendovány déle. To může vést k usazování popela na zemi pod oblakem popela. Tyto depozitní vrstvy jsou obvykle nejsilnější poblíž větracího otvoru a tenké se vzdáleností. Na této stránce je zobrazena mapa znázorňující distribuci popela z erupce Mount St. Helens z 18. května 1980.
Pole popela je geografická oblast, kde byla zem pokryta spadem oblaku popela. Obrázek níže ukazuje pole popela východně od sopky Chaitén v jižním Chile od května 2008. Jasně je vidět bílý zakrytý popel.
Popelník: Popelové pole východně od sopky Chaitén od května 2008. Větší obrázek.
Dopad sopečného popela
Sopečný popel představuje četná nebezpečí pro lidi, majetek, strojní zařízení, společenství a životní prostředí. Některé z nich jsou podrobně popsány níže.
Dopad na lidské zdraví:
Lidé vystavení padajícímu popelu nebo žijící v prašném prostředí po pádu mohou trpět řadou problémů. Mezi respirační problémy patří podráždění nosu a krku, kašel, nemoci podobné bronchitidě a nepohodlí při dýchání. To lze snížit použitím vysoce účinných protiprachových masek, ale pokud je to možné, je třeba zabránit vystavení popelu.
Dlouhodobé problémy mohou zahrnovat vývoj nemoci známé jako „silikóza“, pokud má popel významný obsah oxidu křemičitého. Americký národní institut bezpečnosti a ochrany zdraví při práci doporučuje specifické typy masek pro ty, kteří jsou vystaveni sopečnému popelu. Expozici by se měl vyhnout každý, kdo již trpí problémy, jako je bronchitida, emfyzém nebo astma.
Suchý sopečný popel se může přilepit na vlhké lidské oko a malé částice popela rychle způsobují podráždění očí. Tento problém je nejzávažnější u lidí, kteří nosí kontaktní čočky. Lidé v oblastech s úšklebkem hlásí určité podráždění kůže; počet případů a jejich závažnost jsou však nízké.
Novarupta ashfall: Satelitní snímek krajiny kolem sopky Novarupta s obrysy ashfall a oblast pyroklastického toku erupce z roku 1912 zobrazené jako barevné čáry. Satelitní snímek J. Allena (NASA) s využitím údajů z University of Marylands Global Land Cover Facility. Kartografie B. Cole,. Větší obrázek.
Dopad na zemědělství:
Hospodářská zvířata trpí stejnými očními a dýchacími problémy, jaké byly popsány výše u lidí. Zvířata, která se živí pastvou, by nemohla jíst, pokud popel zakrývá jejich zdroj potravy. Ti, kteří jedí ze zdroje potravy pokryté popelem, často trpí řadou nemocí. Zemědělci v oblastech s úšklebkem mohou potřebovat svá zvířata doplňovat krmivo, evakuovat je nebo je poslat k předčasnému porážení.
Pád jen několika milimetrů obvykle nezpůsobuje vážné poškození pastvin a plodin. Silnější hromadění popela však může poškodit nebo zničit rostliny a pastviny. Husté nahromadění může poškodit půdu usmrcením mikrofytů a blokováním vstupu kyslíku a vody. To může mít za následek sterilní půdní stav.
Poškození sopečným pádem: Budovy poškozené mokrým pádem. USGS obrázek. Větší obrázek.
Sopečný popel: Video USGS vysvětlující dopad sopečného popela na letecký provoz.
Dopad na budovy:
Suchý popel váží asi desetinásobek hustoty čerstvého sněhu. Silný pád na střeše budovy ho může přetížit a způsobit jeho zhroucení (viz obrázek). Většina budov není navržena tak, aby podporovala tuto dodatečnou hmotnost.
Bezprostředně po těžkém ashfall je jedním z prioritních úkolů odstraňování popela ze střech budov. Pokud déšť spadne před odstraněním popela, může být absorbován popelem a zvýšit hmotnost. Mokrý popel může mít hustotu dvacetinásobku hustoty čerstvého sněhu.
Sopečný popel může zaplnit okapy na budově a ucpat svody. Samotný popel může být velmi těžký, a pokud zvlhne z deště, váha často vytáhne okapy z domů. Popel v kombinaci s vodou může být korozivní pro kovové střešní materiály. Mokrý popel je také dirigent, a když se hromadí kolem vnějších elektrických prvků budovy, může to vést k vážnému zranění nebo poškození.
Klimatizační a klimatizační systémy mohou selhat nebo být poškozeny, pokud jsou jejich filtry ucpané nebo jsou jejich otvory zakryty vulkanickým popílkem. Pohyblivé části zařízení lze rychle nosit, pokud se mezi ně dostane abrazivní popel.
Dopad na spotřebiče:
Jemný popel a prach mohou proniknout do budov a způsobit problémy se spotřebiči. Abrazivní popel může způsobit neobvyklé opotřebení pohyblivých částí elektromotorů. Vysavače, pece a počítačové systémy jsou zvláště zranitelné, protože zpracovávají velké množství vzduchu.
Temnota způsobená sopečným pádem: Popel ve vzduchu může blokovat sluneční světlo a vytvořit oblasti pod popelem oblak uprostřed dne. Sopka Soufriere Hills, obrázek z roku 1997. Obrázek USGS. Větší obrázek.
Dopad na komunikaci:
Sopečný popel může mít elektrický náboj, který ruší rádiové vlny a další vysílání přenášené vzduchem. Rádio, telefon a zařízení GPS nemusí být schopno vysílat nebo přijímat signály s vybuchující sopkou v okolí. Popel může také poškodit fyzická zařízení, jako jsou dráty, věže, budovy a zařízení potřebné pro podporu komunikace.
Dopad na zařízení na výrobu energie:
Sopečný popel může způsobit vypnutí zařízení na výrobu energie. Tato zařízení jsou někdy vypnuta, aby nedošlo k poškození popela. Mohou zůstat dole, dokud nebude odstraněn popel. Toto chrání základní vybavení před selháním, ale naruší energetickou službu pro miliony lidí.
Sopečný popel na autech na letecké základně Clark na Filipínách po erupci Mount Pinatubo v roce 1991. Toto parkoviště je asi 25 km východně od erupce a získalo asi 9 centimetrů popela. USGS obrázek R.P. Hoblitta. Větší obrázek.
Dopad na pozemní dopravu:
Počáteční dopad na přepravu je limit viditelnosti. Popel plní vzduch a blokuje sluneční světlo. Může být stejně tmavá jako noc uprostřed dne. Popel rovněž zahrnuje dopravní značení. Pouze jeden milimetr popela může zakrýt střed a základní linie dálnice.
Dalším dopadem je automobil. Zpracovávají obrovské množství vzduchu, který bude obsahovat sopečný prach a popel. To se zpočátku zachytí vzduchovým filtrem, ale může být rychle ohromeno. Potom do motoru vnikne abrazivní prach, který poškozuje pečlivě opracované části a ucpává drobné otvory.
Sopečný popel se hromadí na čelních sklech automobilů, což vytváří potřebu použití stěračů. Jsou-li použity stěrače, může abrazivní popel mezi čelním sklem a stěrači poškrábat okno a někdy vytvářet matnou plochu, kterou nelze vidět.
Sopečný prach a popel zakrývající silnice mohou způsobit ztrátu trakce. Pokud se silnice zvlhnou, suchý popel se změní na velmi kluzký bahno. Silnice a ulice musí být odhozeny, jako by spadl sníh, který se neroztaví.
Ashfallovy vrstvy na Filipínách: A) Úsek na mostě Santo Tomas severně od San Narciso, Zambales; 32 km západ-jihozápadně od větrání. Vrstva A je 8 mm popílku pískové velikosti; vrstva B je 4 mm převážně jemného popela. Všimněte si slabého normálního třídění vrstvy C a rozptýlených hrubých trhlin na povrchu depozitu.
B) Tephra - depozity na neupravené silnici podél řeky Marella 10,5 km jihozápadně od větrání. Vrstva A, asi 4 cm silná, sestává z hrubého popela a jemných lapillí; vrstva B sestává z několika tenkých vrstev popela; vrstva C je 33 cm silná a je nejsilnější částí dosud nalezeného klimaktického pemzového depozitu. Všimněte si normálního třídění celkově, ale 2 cm pemzy lapillus vlevo nahoře. Vrstva D se skládá ze dvou 3 až 4 cm silných lůžek jemného popela, které jsou odděleny vrstvou vodně přepracovaného pemzého popela.
C) Tephra se usazuje na neupravené silnici asi 9 km jihovýchodně od větrání, severní strana řeky Gumain. Vrstva B je 23 cm silná a skládá se z četných tříděných popelů; vrstva C je tlustá 31 cm a má dvě zóny ve spodní části s drobnými jemnými popílky.
D) Úsek v ústí kaňonu řeky Pasig asi 15 km východně od větrání. Vrstva B má tloušťku 10 cm a vrstva C má tloušťku asi 18 cm; zaznamenejte zóny bohaté na popel, které vynikají zvýšenou soudržností. USGS Images od W.E. Scott a J.J. Hlavní, důležitý. Větší obrázek.
Dopad na leteckou dopravu:
Moderní proudové motory zpracovávají obrovské množství vzduchu. Vtahují vzduch do přední části motoru a vypouštějí ho zezadu. Pokud je sopečný popel vtažen do proudového motoru, může být zahřát na teploty, které jsou vyšší než teplota tání popela. Popel se může v motoru roztavit a měkký lepkavý produkt může ulpívat na vnitřku motoru. To omezuje proudění vzduchu motorem a zvyšuje hmotnost letadla.
Sopečný popel vedl k selhání motoru na několika letadlech. Naštěstí mohli piloti bezpečně přistát se svými zbývajícími motory. Dnes jsou sopky monitorovány na známky erupce a letadla jsou směrována kolem oblastí, které by mohly obsahovat vzdušný popel.
Sopečný popel zavěšený ve vzduchu může mít abrazivní účinek na letadla, která jím prolétají rychlostí stovky kilometrů za hodinu. Při těchto rychlostech mohou částice popela dopadající na čelní sklo pískovat povrch do matného povrchu, který zakrývá výhled pilotů. Pískování může také odstranit nátěr a kov z kovu na nose a na předních okrajích křídel a navigačního zařízení.
Na letištích se vyskytují stejné problémy s přistávacími a přistávacími dráhami jako na silnicích. Značky na RWY mohou být pokryty popelem. Letadla mohou při přistání a vzletu ztratit trakci. A popel musí být odstraněn dříve, než se operace vrátí do normálu.
Mezinárodní organizace pro civilní letectví uznala potřebu informovat piloty a řídící letového provozu o sopečných rizicích. Za tímto účelem spolupracovali s vládními agenturami na založení několika poradenských center pro vulkanický popel. Tato střediska monitorují vulkanickou aktivitu a informují o oblacích popela v jejich monitorovací oblasti.
Sopečný popel: Video USGS vysvětlující dopad sopečného popela na letecký provoz.
Dopad na systémy zásobování vodou:
Systémy zásobování vodou mohou být ovlivněny popelníky. Pokud komunita využívá otevřený přívod vody, jako je řeka, nádrž nebo jezero, padlý popel se stane suspendovaným materiálem v přívodu vody, který musí být před použitím odfiltrován. Voda na zpracování s rozpuštěným abrazivním popelem může poškodit čerpadla a filtrační zařízení.
Popel může také způsobit dočasné změny v chemii vody. Popel ve styku s vodou může snížit pH a zvýšit koncentraci iontů vyluhovaných z popílku. Mezi ně patří: Cl, SO4, Na, Ca, K, Mg, F a mnoho dalších.
Dopad na systémy odpadních vod:
Popel padající na ulicích města okamžitě vstoupí do systému dešťové kanalizace. Při zpracování odpadních vod s naloženým popelem může suspendovaný popel přetížit zařízení a filtry a způsobit poškození čerpadel a ventilů. Také se stává problémem s likvidací. Bahno nebo kal z popela mohou ztvrdnout do materiálu podobného betonu.
Plánování sopečného popela
Komunity nacházející se v blízkosti nebo po větru sopky s potenciálem produkce popela by měly zvážit potenciální dopad sopečného popela a naplánovat způsoby, jak se s ním vypořádat a minimalizovat jeho dopad. Je mnohem snazší naučit se o problému jednat a jednat předem, než čelit obrovskému problému bez varování.