3.7. Ηφαιστειακά αέρια |
ΣΥΣΤΑΣΗ ΤΩΝ ΑΕΡΙΩΝ |
ΠΑΡΑΚΟΛΟΥΘΗΣΗ ΤΩΝ ΑΕΡΙΩΝ |
ΕΠΙΚΙΝΔΥΝΟΤΗΤΑ ΤΩΝ ΑΕΡΙΩΝ |
ΣΥΣΤΑΣΗ ΤΩΝ ΑΕΡΙΩΝ | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Εκτός του οξυγόνου, το οποίο παράγεται από τη φωτοσύνθεση, όλα τα άλλα αέρια έχουν προέλθει από το εσωτερικό της Γης μέσω της ηφαιστειακής δραστηριότητας. Το ποσοστό των αερίων στο μάγμα κυμαίνεται από 1-5% του συνολικού του βάρους. Οι υδρατμοί (H2O) αποτελούν το 70-90% των αερίων. Τα υπόλοιπα είναι κυρίως το διοξείδιο του θείου (SO2) και το διοξείδιο του άνθρακα (CO2), ενώ σε ιχνοποσότητες συμμετέχουν το άζωτο (N), το υδρογόνο (H), το μονοξείδιο του άνθρακα (CO), το θείο (S), το αργό (Ar), το χλώριο (Cl) και το φθόριο (F). Αυτά τα αέρια ενώνονται με το υδρογόνο και σχηματίζουν διάφορες τοξικές ενώσεις όπως υδροχλώριο (HCl), υδροφθόριο (HF), θειικό οξύ (H2SO4), υδρόθειο (H2S), τα οποία είναι χαρακτηριστικά προϊόντα της ατμιδικής δραστηριότητας (fumarolic activity). |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Στις ατμίδες (fumaroles, solfatara) εξέρχονται κυρίως θειούχα αέρια, τα οποία αποθέτουν θείο γύρω από αυτές. Συχνά αυτές οι αποθέσεις θείου είναι οικονομικά εκμεταλλεύσιμες. Το θείο παράγεται από την ένωση H2S και SO2 τα οποία αντιδρούν και δίνουν θείο και υδρατμούς. Στις ατμίδες τα δύο αέρια αναγνωρίζονται εύκολα. Το υδρόθειο μυρίζει σαν κλούβιο αυγό, ενώ το διοξείδιο του θείου είναι αποπνικτικό. |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
![]() |
![]() |
![]() |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Ατμιδική δραστηριότητα και αποθέσεις θείου. (Santa Ana, Ελ Σαλβαδόρ, 1994). Photo: Dorion K. |
Αποθέσεις θείου σε ατμίδες (White Island, Νέα Ζηλανδία, 2005). Photo: Shook J. |
Λάβα pahoehoe καλυμμένη με θείο. (Αίτνα, Ιταλία, 1999). Photo: Fulle M. |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||
![]() |
![]() |
![]() |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Κρύσταλλοι θείου σε ατμίδα (Νέα Καμένη, Σαντορίνη, 2005). Photo: Σολδάτος Τ. |
Όταν η θερμοκρασία στις ατμίδες είναι αρκετά υψηλή το θείο τήκεται. (Βουλκάνο, Ιταλία). Photo: Fulle M. |
Αποθέσεις θείου και γύψου σε ατμίδα (Βουλκάνο, Ιταλία). Photo: Fulle M. |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Ενίοτε, όταν ο κρατήρας του ηφαιστείου έχει μετατραπεί σε λίμνη, οι αναθυμιάσεις από τις ατμίδες, κυρίως το SO2 και το CO2, αντιδρούν με το νερό και παράγουν θειικό και ανθρακικό οξύ αντίστοιχα. Το αποτέλεσμα είναι να προκύψει μία όξινη λίμνη, της οποίας το νερό είναι συχνά σκέτο οξύ (με pH<1!). |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
![]() |
![]() |
![]() |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Ijen (Ινδονησία, 1987, 2005). Η ατμιδική δραστηριότητα του ηφαιστείου έχει μετατρέψει το νερό της λίμνης στον κρατήρα σε καθαρό οξύ (pH~0.4). Επίσης, έχει δημιουργήσει οικονομικά εκμεταλλεύσιμες αποθέσεις θείου, αν και η εκμετάλλευση είναι επικίνδυνη για τους εργάτες λόγω των ελλιπών μέτρων προστασίας. Photo: Casadevall T., Blethrow J. |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Το είδος και η ποσόστητα των αερίων εξαρτάται από τη σύσταση του μάγματος, το οποίο έχει άμεση σχέση με το γεωτεκτονικό περιβάλλον στο οποίο δημιουργείται. Στον παρακάτω πίνακα φαίνεται η διαφορά στην ποσότητα των αερίων σε τρία χαρακτηριστικά ηφαίστεια από διαφορετικά γεωτεκτονικά περιβάλλοντα. |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
![]() |
Ατμίδες (Ισλανδία) |
![]() |
Ατμίδες (Ταϊβάν) |
![]() |
Ατμίδες (Yellowstone, Η.Π.Α.) |
![]() |
Ατμίδες (Pozzuoli, Ιταλία) |
![]() |
Ατμίδες (Kamtchatka, Ρωσία) |
![]() |
Όξινη λίμνη (Ijen, Ινδονησία) |
![]() |
Όξινη λίμνη (Ijen, Ινδονησία) |
ΠΑΡΑΚΟΛΟΥΘΗΣΗ ΤΩΝ ΑΕΡΙΩΝ | ||
Η παρακολούθηση των αερίων μπορεί
να αποβεί χρήσιμη στην πρόβλεψη των ηφαιστειακών εκρήξεων. Για
παράδειγμα, μία αύξηση στα επίπεδα SO2 και CO2,
που αναδύονται από τις ατμίδες, πιθανόν να σημαίνει αύξηση στη
δραστηριότητα του μάγματος στο μαγματικό θάλαμο. Η μέτρηση της
σύστασης και του σχετικού όγκου των αερίων γίνεται με διάφορες
μεθόδους: Αμεσες μετρήσεις Τα αέρια από τις ατμίδες συλλέγονται σε φιάλες και αναλύονται σε γεωχημικά εργαστήρια. Μολονότι αυτή η μέθοδος παρέχει χρήσιμα δεδομένα, είναι αρκετά επικίνδυνη για τους επιστήμονες, καθώς επίσης τα συλλεγόμενα δείγματα αερίων μολύνονται από τον ατμοσφαιρικό αέρα. |
||
![]() |
![]() |
![]() |
Συλλογή των αερίων σε φιάλες (Αγία Ελένη, ΗΠΑ, 1981). Photo: Casadevall T. |
Ανάλυση των αερίων στο εργαστήριο. Photo: USGS. |
Σταθμός συνεχούς μέτρησης του διοξειδίου του άνθρακα. (Νέα Καμένη, Σαντορίνη, 2005) . Photo: Σολδάτος Τ. |
Φασματογραφικές μετρήσεις (COSPEC) Η μέθοδος αυτή συνίσταται στην εξ αποστάσεως μέτρηση κάποιων αερίων με έναν φασματογράφο συσχέτισης (correlation spectrometer, COSPEC). Αυτό το όργανο κατασκευάστηκε στη δεκαετία του 1970 για την παρακολούθηση των αναθυμιάσεων του SO2 από τις καμινάδες των εργοστασίων. Στην περίπτωση των ηφαιστείων η παρακολούθηση γίνεται είτε από το έδαφος, είτε από αυτοκίνητο, είτε από ελικόπτερο. Οι πιο σύγχρονοι φασματογράφοι είναι φασματογράφοι υπερύθρου (infrared spectrometers) που μετρούν το ποσοστό της υπέρυθρης ακτινοβολίας που απορροφάται από το CO2 και άλλα αέρια. |
||
![]() |
![]() |
![]() |
Παρακολούθηση των αερίων εξ αποστάσεως με φασματόμετρο (Αγία Ελένη, ΗΠΑ). Photo: USGS. |
||
Μετρήσεις όζοντος (TOMS) Η μέθοδος αυτή εφαρμόζεται για μετρήσεις ευρείας κλίμακας και καταγράφει την κατανομή και την ποσότητα του SO2 που απελευθερώνεται στη στρατόσφαιρα από τις ηφαιστειακές εκρήξεις. Η καταγραφή γίνεται μετρώντας το όζον με φασματογραφική χαρτογράφηση του ολικού όζοντος (total ozone mapping spectrometer, TOMS). Το όργανο αυτό αρχικά χρησιμοποιήθηκε στους δορυφόρους Nimbus-7 και Meteor-3. Από το 1997 και μετά βρίσκονται σε τροχιά γύρω από τη Γη πιο σύγχρονα όργανα που δίνουν λεπτομερέστερες πληροφορίες. |
||
![]() |
![]() |
![]() |
Ο χάρτης δείχνει την κατανομή του διοξειδίου του θείου στο ηφαιστειακό νεφος της έκρηξης του ηφαιστείου Spurr (Αλάσκα) 15 ώρες μετά την έκρηξη. Photo: USGS. |
Κάνοντας κλικ στο εικονίδιο θα δείτε ένα video με αναπαράσταση ενός δορυφόρου TOMS. Photo: NASA. |
Κάνοντας κλικ στο εικονίδιο θα δείτε ένα video με αναπαράσταση της διασποράς του ηφαιστειακού νέφους της έκρηξης του Pinatubo (Φιλιππίνες, 1991). Το ηφαιστειακό νέφος διατηρήθηκε στη στρατόσφαιρα για αρκετά χρόνια. Τα κόκκινο χρώμα δείχνει μεγαλύτερο υψόμετρο και το μπλε μικρότερο. Photo: NASA. |
![]() |
Παρακολούθηση αερίων |
![]() |
Παρακολούθηση αερίων (Αγία Ελένη, Η.Π.Α.) |
![]() |
Δορυφορική παρακολούθηση ηφαιστείων |
ΕΠΙΚΙΝΔΥΝΟΤΗΤΑ ΤΩΝ ΑΕΡΙΩΝ | ||
Οι καταστροφικές συνέπειες της ηφαιστειακής δράσης συνήθως αποδίδεται στις τεράστιες ροές λάβας ή στις φονικές πυροκλαστικές εκρήξεις. Εντούτοις, τα ηφαιστειακά αέρια είναι εξ ίσου επικίνδυνα, διότι είναι θερμά και τοξικά, και η εκπομπή τους σε μεγάλες ποσότητες μπορεί να προκαλέσει τον αιφνίδιο θάνατο ανθρώπων ή ζώων. Για παράδειγμα, το εσωτερικό των στοών λάβας μπορεί να είναι επικίνδυνο, καθώς εκεί μπορούν να εγκλωβιστούν δηλητηριώδη αέρια. Σπανιότερα, όπως συνέβη στο ηφαίστειο Nyos (Καμερούν), χιλιάδες άνθρωποι πέθαναν από την αποβολή αερίων. Παρακάτω περιγράφονται δύο παραδείγματα τρέχοντος κινδύνου από ηφαιστειακά αέρια. Ηφαίστειο Μαμούθ (Καλιφόρνια) Το όρος Μαμούθ (Καλιφόρνια, ΗΠΑ) είναι ένα από τα μεγαλύτερα χειμερινά θέρετρα. Γεωλογικά, αποτελεί μεγάλο ηφαιστειακό σύμπλεγμα στο δυτικό άκρο της καλδέρας Long Valley, η οποία το τελευταίο εκατομμύριο χρόνια έδωσε μία από τις μεγαλύτερες ηφαιστειακές εκρήξεις στη βόρεια Αμερική. Στα μέσα της δεκαετίας του 1980 η ηφαιστειακή δράση αναζωπυρώθηκε με τη μορφή σεισμών μικρού βάθους που υποδεικνύoυν άνοδο μάγματος σε βάθος 3-4 km. Σε διάφορες περιοχές γύρω από το ηφαίστειο έχουν καταστραφεί δέντρα από CO2, το οποίο φαίνεται ότι εκπέμπεται δια μέσου των πετρωμάτων που περιβάλλουν το όρος Μαμούθ. Το CO2 συσσωρεύεται στο έδαφος και καταστρέφει το ριζικό σύστημα των δέντρων. Όμως, επειδή το αέριο αυτό είναι βαρύτερο από τον αέρα, μπορεί να συγκεντρωθεί σε μικρά βυθίσματα ή σε χαμηλές κοιλάδες με άμεσο κίνδυνο να προκαλέσει ασφυξία σε ανθρώπους, οι οποίοι κατασκηνώνουν εκεί. Η τρέχουσα ποσότητα του CO2 που απελευθερώνεται σήμερα είναι 300 τόνοι την ημέρα. |
||
![]() |
![]() |
![]() |
Το ηφαίστειο Μαμούθ. Διακρίνονται στη βάση του περιοχές με αποξηραμένα δέντρα λόγω της εκπομπής διοξειδίου του άνθρακα. Photo: Rogie JD. |
Αποξηραμένα δέντρα λόγω της εκπομπής διοξειδίου του άνθρακα. Photo: USGS. |
Σχηματισμός διοξειδίου του άνθρακα. Photo: USGS. |
Ηφαίστειο Kilauea (Χαβάη) Πριν την έκρηξη του ηφαιστείου Kilauea (Χαβάη) το 1983 οι φασματογραφικές μετρήσεις έδειξαν ότι το ηφαίστειο απελευθέρωνε 150 τόνους SO2 την ημέρα. Όμως κατά τη διάρκεια των μεγάλων εκρήξεων η ποσότητα του SO2 αυξήθηκε στους 30.000 τόνους την ημέρα. Αυτά τα επεισόδια συνεχίστηκαν κάθε 3-4 εβδομάδες από το 1983-1986 και διαρκούσαν 24 ώρες. Η τρέχουσα ποσότητα του SO2 που απελευθερώνεται σήμερα είναι 1800 τόνοι την ημέρα. Χημικές αντιδράσεις παράγουν δύο ειδών τοξικά νέφη, τα οποία είναι μεγάλο πρόβλημα για τους κατοίκους και τουρίστες στο νησί της Χαβάης. Τα τοξικά νέφη είναι ένα είδος ηφαιστειακής ομίχλης και λέγονται vog και laze αντίστοιχα.
|
||
![]() |
![]() |
![]() |
Το διοξείδιο του θείου προκαλεί μόλυνση του αέρα στη Χαβάη. Photo: Griggs JD. |
Ηφαιστειακό νέφος αερίων (vog) από έκρηξη του ηφαιστείου Kilauea. Photo: Decker RW. |
Ηφαιστειακό νέφος αερίων (vog) πάνω από τις Φιλιππίνες από την έκρηξη του ηφαιστείου Anatahan (νησιά Μαριάνα). Photo: NASA. |
|
||
![]() |
![]() |
![]() |
Λευκά νέφη laze δημιουργούνται κατά την είσοδο της λάβας στη θάλασσα. Photo: Griggs JD., USGS, USGS. | ||