Sopečný plyn - škola chémie

Sopečný plyn

oxidu siričitého

Kedy sopečné plyny sú plyny, ktoré vystupujú z povrchu Zeme počas sopečnej činnosti. Východ môže byť uskutočnený buď v úzko vymedzených oblastiach (napr. Pri sopečnom kráteri, fumarolách, solfatarách), alebo na veľkej ploche difúzne z bokov sopky.

Vznik

Keď roztavená hornina stúpa v komíne sopky, v dôsledku klesajúceho tlaku sa plyny predtým rozpustené v roztavenej hornine uvoľňujú a vypúšťajú sa s viac alebo menej (aj pri „pokojných“ erupciách sa uvoľňuje veľa plynu) výbušnými erupciami. Aj v magmatickej komore pod sopkou umožňuje proces frakčnej kryštalizácie obohatenie prchavých zložiek vo zvyškovej tavenine nad príslušnú hranicu nasýtenia, takže vytvárajú svoju vlastnú fázu vo forme plynových bublín. Kvôli rozdielu v hustote medzi plynmi a okolitou taveninou plynové bubliny stúpajú a môžu unikať zo sopky bez súčasnej extrakcie lávy.

zloženie

Plyny uvoľňované zo sopiek sú zvyčajne zmesou rôznych látok. Hlavnými zložkami takmer všetkých sopečných plynov sú vodná para (H2O), oxid uhličitý (CO2), oxid siričitý (SO2), sírovodík (H2S), kyselina chlorovodíková (HCl) a fluorovodík (HF). V rôznom množstve sa môžu vyskytovať aj amoniak, niektoré vzácne plyny, oxid uhoľnatý, metán a vodík. Množstvo a zloženie plynu veľmi závisí od povahy roztavenej horniny, z ktorej vychádza. V plynoch, ktoré sa uvoľňujú z čadičových tavenín, dominuje CO2, zatiaľ čo ryolitové magmy produkujú väčšie množstvo plynov s prevažujúcou vodnou parou.

dôležitosť

  • Sopečné plyny sú čiastočne skleníkové plyny
  • časť vody na Zemi pochádza zo sopečných plynov
  • zmena zloženia sopečných plynov môže naznačovať hroziacu sopečnú erupciu

Predtým sa verilo, že existujú erupcie sopečného plynu, ktoré sa vyskytujú bez extrakcie lávy. Boli zodpovední za vznik maarov, napríklad tých, ktoré sa našli v nemeckom Vulkaneifeli alebo vo francúzskom Auvergne. Vulkanológovia sú si teraz istí, že maary vznikajú pri kontakte magmy s podzemnou vodou, ktorá sa výbušne odparuje.

Účinky a rozmery

Sopky svojimi emisiami plynov majú veľký vplyv na život na Zemi po dlhú dobu a v jednotlivých prípadoch aj po krátku dobu.

  • Z hľadiska geologických časových období predstavujú sopečné emisie CO2 potenciálny mechanizmus spätnej väzby o klíme, ktorý pravdepodobne zachránil Zem pred trvalou globálnou námrazou.
  • V priebehu rokov však môže emisia stopových látok a popola viesť k výraznému zníženiu slnečného žiarenia, a tým k ochladeniu na zemi. V roku 1991, v rokoch nasledujúcich po výbuchu filipínskej sopky Pinatubo, bol nameraný pokles atmosférických teplôt okolo 0,5 stupňa.
  • Obzvlášť pôsobivým príkladom ničivého vplyvu sopečných výbuchov na podnebie je takzvaný rok bez leta (1816), v ktorom Severná Amerika a Európa niekedy utrpeli katastrofické neúrody a hladomor. V ľadových jadrách možno zistiť aj vrstvy popola z veľkých sopečných erupcií, ktoré súviseli so zníženými teplotami. [1]

Príkladom dimenzie plynných emisií v sopečných oblakoch je Vukan Popocatépetl, ktorý je vzdialený asi 60 km od 20-miliónovej aglomerácie obyvateľstva mesta Mexico City. Počas období zvýšenej aktivity medzi marcom 1996 a januárom 1998 Popocatépetl opakovane vyrážal, pri ktorom sa do atmosféry niekedy dostalo viac ako 10 000 ton oxidu siričitého denne. To zodpovedalo približne štvrtine celkových antropogénnych - človekom vyrobených - emisií síry v Európe a približne polovici emisií v Strednej a Južnej Amerike dohromady. [2]

Sopky vylučujú veľké množstvo halogénov, ako sú bróm alebo chlór, ktoré majú výrazný vplyv na ozónovú rovnováhu (Citácia). [3]

Stanovenie množstva unikajúcich plynov

Vedci určujú mieru emisie plynu zo sopky tak, že najskôr zmerajú celkové množstvo látky v priereze oblaku kolmého na smer šírenia pomocou metódy DOAS a potom ju vynásobia rýchlosťou vetra. Miera emisií naznačuje napríklad to, koľko SO2 sa emituje za sekundu, deň alebo rok. [4]

Rýchlosť vetra sa predtým určovala meraním vetra na zemi alebo na okraji krátera. Ukázalo sa však, že sú zložité, nepresné a niekedy dokonca nebezpečné. Získané údaje boli tiež iba čiastočne reprezentatívne pre smer a rýchlosť vetra, ktoré v skutočnosti prevládajú v sopečnom oblaku. Dnes sa metóda DOAS používa pre takzvanú korelačnú metódu, pričom zariadenie DOAS sa ukazuje v rýchlej alternácii na dva smery pohľadu po vetre. Tento proces využíva skutočnosť, že sopečný oblak nie je zmiešaný homogénne a plyny sú dosť nerovnomerne rozdelené. Výsledkom je štruktúrovaný časový rad pre každý zo smerov zobrazenia. Zakaždým, keď prejde mrak so zvýšenou koncentráciou oxidu siričitého, iba jeden merací bod hlási maximum, o krátky čas druhý merací bod. Časový posun zodpovedá času, ktorý je potrebný na to, aby sa sopečný oblak pohyboval z jedného smeru pohľadu do druhého. Vďaka znalosti uhla medzi smermi pozorovania a vzdialenosti od sopečného oblaku je tiež možné poznať vzdialenosť medzi dvoma smermi pozorovania v oblaku. Rýchlosť vetra sa počíta z kvocientu vzdialenosti a časového posunu. [5]

Rozvoj výskumu

V poslednej dobe sa výrazne zlepšili prístroje na monitorovanie sopečných emisií. V roku 2001 výskumníci z pracovnej skupiny pre atmosféru a diaľkový prieskum na Ústave fyziky životného prostredia na univerzite v Heidelbergu spolu s vedcami z Chalmers University of Technology vo švédskom Göteborgu prvýkrát uskutočnili merania DOAS v sopečných oblakoch. Aj keď sa spektroskopické merania oxidu siričitého v sopečných oblakoch od 70. rokov 20. storočia uskutočňovali inými metódami, nová metóda umožňovala konštrukciu oveľa menších, a teda lepšie zvládnuteľných nástrojov. Okrem oxidu siričitého dokázali vedci po prvýkrát detekovať aj veľké množstvo ďalších stopových plynov, ako sú halogény a oxidy dusíka. [6]

Rozdielne správanie riešenia rôznych plynov v magme viedlo k úvahe, či by zmeny v emisiách plynov mohli poskytnúť informácie o správaní sa magmy, napr. B. Ukážte vzostupné procesy, a tým aj ohlasujte ohniská. Za týmto účelom prebiehali a prebiehajú výskumy využívajúce systematické merania, napr. B. v Popocatepetl (Mexiko), Masaya (Nikaragua), Etna (Taliansko), Gorely, Mutnovsky (obaja Kamčatka) a Nyiragongo (Kongo). Kontinuálne meracie stanice boli zriadené v Popocatepetl, Masaya a Etna. [7]

Rovnako sa výrazne zlepšili možnosti merania vulkanických emisií pomocou satelitov. Od začiatku globálneho experimentu na monitorovanie ozónu (GOME) v roku 1995 sa detekčné limity významne znížili vďaka zlepšenému spektrálnemu skenovaniu. Neskôr boli pridané ďalšie nástroje s podobnými vlastnosťami (SCIAMACHY, OMI, GOME-2). Vďaka tomu sa výrazne zlepšili detekčné limity a rozsiahle priestorové pokrytie, moderné satelitné prístroje otvárajú podstatne rozšírený prístup ku globálnemu monitorovaniu vulkanickej činnosti a kvantifikácii jej emisií. Napríklad atmosférický transport sopečných emisií je možné často sledovať pomocou satelitných pozorovaní počas niekoľkých dní (v jednotlivých prípadoch až po dobu jedného mesiaca). To umožnilo skúmať účinky sopiek v regionálnom až globálnom meradle. Sopky v odľahlých oblastiach sa navyše dali prvýkrát merať satelitným pozorovaním. [8]