Sopky

Sopečný popol



Sopečné nebezpečenstvo, ktoré je často podceňované svojím geografickým dosahom a dosahom.


Objem sopečného popola od sopky Cleveland, ktorá sa nachádza na ostrove Chuginadak v reťazci Aleutského ostrova pri Aljaške. Obrázok NASA zhotovený Jeffom Williamsom, leteckým inžinierom, z Medzinárodnej vesmírnej stanice. Väčší obrázok.

Čo je vulkanický popol?

Vulkanický popol pozostáva z častíc práškového až piesočnatého materiálu z horninového horninového materiálu, ktoré boli vypustené do vzduchu prepuknutím sopky. Tento výraz sa používa pre materiál, keď je vo vzduchu, potom, čo spadne na zem a niekedy po tom, čo bol vylisovaný do horniny. Pojmy „sopečný prach“ a „sopečný popol“ sa používajú pre ten istý materiál; „sopečný prach“ sa však vhodnejšie používa pre materiál s veľkosťou prášku.

Sopečný popol z Mount St. Helens, erupcia z roku 1980. Obrázok USGS, D.E. Wieprecht. Väčší obrázok.

Tephra / pyroklastická terminológia

Názov časticeVeľkosť častice
Bloky / Bombynad 64 mm (2,5 palca)
lapillido 64 mm (2,5 palca)
Sopečný popoldo 2 mm (0,079 palca)
Sopečný prach
(Jemný sopečný popol)
do 0,063 mm (0,0025 palca)
„Tephra“ a „pyroklastika“ sú všeobecné termíny používané v súvislosti s časticami vyvrelého horninového materiálu rôznych veľkostí, ktoré boli vypustené zo sopiek. Sú zoradené podľa veľkosti. Výrazy „popol“ a „prach“ vyjadrujú špecifickú veľkosť tephra alebo pyroklastických častíc. Sú zhrnuté v tabuľke vyššie.

Častice sopečného popola prezerané skenovacím elektrónovým mikroskopom. Obrázok USGS od A.M. Sarna-Wojcická. Väčší obrázok.

Vlastnosti sopečného popola

Na prvý pohľad vyzerá sopečný popol ako mäkký, neškodný prášok. Namiesto toho je vulkanický popol horninový materiál s tvrdosťou asi 5+ na stupnici Mohsovej tvrdosti. Skladá sa z nepravidelne tvarovaných častíc s ostrými zubatými okrajmi (pozri mikroskopický pohľad). Kombinujte vysokú tvrdosť s nepravidelným tvarom častíc a sopečný popol môže byť brúsnym materiálom. Týmto sa týmto malým časticiam dá možnosť poškodiť okná lietadla, dráždiť oči, spôsobiť neobvyklé opotrebenie pohybujúcich sa častí zariadení, s ktorými prichádzajú do styku, a spôsobiť mnoho ďalších problémov diskutovaných nižšie v časti „Vplyv sopečného popola“.

Častice sopečného popola sú veľmi malé a majú vezikulárnu štruktúru s početnými dutinami. To im poskytuje relatívne nízku hustotu horninového materiálu. Táto nízka hustota v kombinácii s veľmi malou veľkosťou častíc umožňuje erupcii sopečného popola vysoko do atmosféry a dlhé vzdialenosti vetra. Sopečný popol môže spôsobiť problémy na veľkú vzdialenosť od vybuchujúcej sopky.

Častice sopečného popola sú nerozpustné vo vode. Keď zvlhnú, vytvoria kal alebo blato, ktoré môže spôsobiť, že diaľnice a pristávacie dráhy budú klzké. Vlhký sopečný popol môže vysušiť na pevnú hmotu podobnú betónu. To mu umožňuje zapojiť búrkové kanalizácie a prilepiť kožušinu zvierat, ktoré sú otvorené, keď popol padá súčasne s dažďom.

Stĺpec sopečného popola: Erupčný stĺp Mount St. Helens 18. mája 1980. Toto výbušné uvoľnenie spôsobilo horúci stĺpec stúpajúcej tephra, sopečných plynov a unášaného vzduchu, ktorý stúpol do výšky 22 kilometrov za menej ako desať minút. Silný prevládajúci vietor preniesol popol na východ rýchlosťou asi 100 kilometrov za hodinu. Za menej ako štyri hodiny padal popol na mesto Spokane, vzdialené asi 400 kilometrov ao dva týždne neskôr erupčný oblak obkolesoval Zem. Obrázok USGS od A. Post.

Erupcie popola a stĺpy popola

Niektoré magmy obsahujú obrovské množstvo rozpusteného plynu pri veľmi vysokých tlakoch. Ak dôjde k výbuchu, náhle sa uvoľní obmedzujúci tlak na tieto plyny a rýchlo sa rozpínajú, prúdia z vulkanického otvoru a nesú so sebou malé kúsky magmy. Podzemná voda v blízkosti magmatickej komory môže byť odvádzaná do pary s rovnakým výsledkom. To sú zdroje častíc popola pre niektoré erupcie. Obrovské množstvo horúceho, unikajúceho, expandujúceho plynu prúdiaceho z vetracieho otvoru môže viesť k erupčnej kolóne popola a horúcich plynov vysoko do vzduchu.

Sprievodný obrázok zobrazuje časť stĺpca popola, ktorý vznikol erupciou Mount Helens v máji 1980. Pri tejto erupcii explozívne uvoľňovanie horúcich sopečných plynov do atmosféry viedlo k stĺpu stúpajúcich tephra, sopečných plynov a unášaného vzduchu, ktorý stúpol do výšky 22 kilometrov za menej ako desať minút. Potom silný prevládajúci vietor preniesol popol na východ rýchlosťou asi 100 kilometrov za hodinu. Za menej ako štyri hodiny padal popol na mesto Spokane asi 400 kilometrov od vetra. O dva týždne neskôr bol prach z erupcie nesený okolo Zeme.

Erupcia Mount St. Helens bola svojou veľkosťou a intenzitou výnimočná. Typickejšie vydanie popola je zobrazené na obrázku v hornej časti tejto stránky. Na tomto obrázku sopka Cleveland, ktorá sa nachádza na ostrove Chuginadak v reťazci Aleutského ostrova na Aljaške, uvoľňuje malý oblak popola, ktorý sa v priebehu niekoľkých minút oddeľuje od sopky a je odnášaný vetrom.

Mapa sopečného spádu: Mapa znázorňujúca geografickú distribúciu popola spadajúceho z územia USA po výbuchu sv. Heleny z 18. mája 1980. Obrázok USGS. Väčšia mapa.

Hrúbka popola: Usadeniny popola sú spravidla hrubé a hrubé s veľkosťou častíc v blízkosti sopky. Vo vzdialenosti sa však vklad stáva tenší a jemnejší.

Oblak popola: Cez tento kontinent sa fúka dlhý oblak popola z sopky Chaitén v južnom Čile. Väčší obrázok.

Popolie oblaky, popolníky a polia popola

Akonáhle sa popol uvoľní do vzduchu sopkou, vietor má možnosť ho pohnúť. Tento pohyb, spolu so vzduchovými turbulenciami, slúži na distribúciu suspendovaného popola na širokú plochu. Tieto oblaky popola pohybované vetrom sa nazývajú oblaky popola. Obrázok nižšie zobrazuje oblak popola, ktorý vznikol výbuchom sopky Chaitén v južnom Čile 3. mája 2008. Tento oblak začína v Čile, križuje Argentínu a rozširuje stovky kilometrov nad Atlantický oceán a pri cestovaní sa šíri.

Keď sa oblak popola pohybuje smerom od sopečného prieduchu, už nemá príval unikajúcich plynov na jeho podporu. Nepodporované častice popola začínajú vypadávať. Najväčšie častice popola vypadávajú ako prvé a menšie častice zostávajú dlhšie suspendované. To môže spôsobiť usadenie popola na zemi pod oblakom popola. Tieto usadeniny pri páde sú zvyčajne najhlbšie blízko prieduchu a tenké so vzdialenosťou. Na tejto stránke je znázornená mapa znázorňujúca distribúciu popola z erupcie Mount St. Helens z 18. mája 1980.

Popolné pole je geografická oblasť, v ktorej bola zem pokrytá spadom oblaku popola. Na nasledujúcom obrázku je popolné pole východne od sopky Chaitén v južnom Čile od mája 2008.

Popolník: Popolné pole východne od sopky Chaitén od mája 2008. Väčší obrázok.

Dopad sopečného popola

Vulkanický popol predstavuje množstvo nebezpečenstiev pre ľudí, majetok, strojové zariadenia, komunity a životné prostredie. Niektoré z nich sú podrobne opísané nižšie.

Vplyv na ľudské zdravie:

Ľudia vystavení padajúcemu popolu alebo žijúci v prašnom prostredí po páde môžu utrpieť niekoľko problémov. Medzi respiračné problémy patrí podráždenie nosa a krku, kašeľ, ochorenie podobné bronchitíde a nepohodlie pri dýchaní. Tieto sa dajú znížiť použitím vysokoúčinných protiprachových masiek, ale pokiaľ je to možné, malo by sa zabrániť vystaveniu popola.

Dlhodobé problémy môžu zahŕňať vývoj ochorenia známeho ako „silikóza“, ak má popol významný obsah siliky. Americký národný inštitút bezpečnosti a ochrany zdravia pri práci odporúča špecifické typy masiek pre osoby vystavené sopečnému popolu. Expozícii by sa mal vyhnúť každý, kto už má problémy, ako je bronchitída, emfyzém alebo astma.

Suchý sopečný popol sa môže prilepiť na vlhké ľudské oko a malé častice popola rýchlo spôsobujú podráždenie očí. Tento problém je najzávažnejší u ľudí, ktorí nosia kontaktné šošovky. Ľudia v oblastiach s ashfallom hlásia určité podráždenie kože; počet prípadov a ich závažnosť sú však nízke.

Novarupta ashfall: Satelitný obraz krajiny okolo sopky Novarupta s obrysmi ashfall a oblasťou pyroklastického toku erupcie z roku 1912, zobrazené ako farebné čiary. Satelitný obraz J. Allena (NASA) využívajúci údaje z globálneho zariadenia na pokrytie pôdy University of Maryland. Kartografia B. Cole, Geology.com. Väčší obrázok.

Dopad na poľnohospodárstvo:

Hospodárske zvieratá trpia rovnakými očnými a respiračnými problémami, aké boli opísané vyššie pre ľudí. Zvieratá, ktoré sa živia pasením, by nemohli jesť, ak popol zakryje ich zdroj potravy. Tí, ktorí jedia z potravy pokrytej popolom, trpia mnohými chorobami. Poľnohospodári v oblastiach s úpadkom môžu potrebovať pre svoje zvieratá doplnkové krmivo, evakuovať ich alebo poslať na predčasné zabitie.

Len pár milimetrov nespôsobuje vážne škody na pastvinách a plodinách. Hrubšie nahromadenie popola však môže poškodiť alebo zničiť rastliny a pasienky. Husté nahromadenia môžu poškodiť pôdu usmrtením mikrofytov a blokovaním vstupu kyslíka a vody. To môže mať za následok sterilný pôdny stav.

Poškodenie sopečným pádom: Budovy poškodené mokrým pádom. Obrázok USGS. Väčší obrázok.

Sopečný popol: Video USGS vysvetľujúce vplyv sopečného popola na leteckú dopravu.

Dopad na budovy:

Suchý popol váži asi desaťkrát vyššiu hustotu čerstvého snehu. Silný pád na streche budovy ho môže preťažiť a spôsobiť jeho zrútenie (pozri obrázok). Väčšina budov nie je navrhnutá tak, aby podporovala túto dodatočnú váhu.

Bezprostredne po prudkom páde je jednou z prioritných úloh čistenie popola zo striech budov. Ak dážď spadne pred odstránením popola, môže sa absorbovať popolom a zvýšiť jeho hmotnosť. Mokrý popol môže mať hustotu dvadsaťnásobku hustoty čerstvého snehu.

Sopečný popol môže zaplniť žľaby na budove a upchať výpuste. Samotný popol môže byť veľmi ťažký, a ak zmokne z dažďa, bude váha často ťahať odkvapy z domov. Popol v kombinácii s vodou môže korozívne pôsobiť na kovové krytiny. Vlhký popol je tiež vodičom a keď sa hromadí okolo vonkajších elektrických prvkov budovy, môže viesť k vážnemu zraneniu alebo poškodeniu.

Klimatizácie a klimatizačné systémy môžu zlyhať alebo byť poškodené, ak sú ich filtre zanesené alebo ich otvory sú zakryté sopečným popolom. Pohybujúce sa časti zariadenia sa môžu rýchlo nosiť, ak sa medzi ne dostane brúsny popol.

Vplyv na zariadenia:

Jemný popol a prach môžu preniknúť do budov a spôsobiť problémy so zariadeniami. Brúsny popol môže spôsobiť neobvyklé opotrebenie pohyblivých častí elektromotorov. Vysávače, pece a počítačové systémy sú obzvlášť zraniteľné, pretože spracovávajú veľké množstvo vzduchu.

Tma v dôsledku sopečného pádu: Popol vo vzduchu môže blokovať slnečné svetlo a spôsobiť, že v strede dňa budú tmavé oblaky popola. Sopka Soufriere Hills, obrázok z roku 1997. Obrázok USGS. Väčší obrázok.

Dopad na komunikáciu:

Sopečný popol môže mať elektrický náboj, ktorý interferuje s rádiovými vlnami a iným vysielaním vysielaným vzduchom. Rádiové, telefónne a GPS zariadenia nemusia byť schopné vysielať alebo prijímať signály s vypukajúcou sopkou v okolí. Popol môže tiež poškodiť fyzické zariadenia, ako sú drôty, veže, budovy a vybavenie potrebné na podporu komunikácie.

Vplyv na zariadenia na výrobu energie:

Sopečný popol môže spôsobiť odstavenie zariadení na výrobu energie. Tieto zariadenia sú niekedy vypnuté, aby sa zabránilo poškodeniu popolom. Môžu zostať dole, kým sa neodstráni popol. Chráni to základné vybavenie pred zlyhaním, ale narúša to napájanie pre milióny ľudí.

Sopečný popol na autách na leteckej základni Clark na Filipínach po erupcii Mount Pinatubo v roku 1991. Toto parkovisko je asi 25 kilometrov východne od erupcie a získalo asi 9 centimetrov popola. Obrázok USGS R.P. Hoblitta. Väčší obrázok.

Vplyv na pozemnú dopravu:

Počiatočný vplyv na prepravu je limit viditeľnosti. Popol napĺňa vzduch a blokuje slnečné svetlo. Môže byť rovnako tmavá ako noc uprostred dňa. Popol tiež pokrýva dopravné značenie. Stred a spodné čiary diaľnice môžu zakryť iba jeden milimeter popola.

Ďalším dopadom je automobil. Spracovávajú obrovské množstvá vzduchu, ktoré budú obsahovať sopečný prach a popol. Spočiatku sa zachytí vzduchovým filtrom, ale môže sa rýchlo zahltiť. Potom do motora vnikne abrazívny prach, ktorý poškodí starostlivo opracované časti a upchá drobné otvory.

Sopečný popol sa hromadí na čelnom skle automobilov, čo vytvára potrebu používať stierače. Ak sa používajú stierače, brúsny popol medzi predným sklom a stieračmi môže poškriabať okno, čo niekedy vytvára matnú plochu, ktorú nie je možné vidieť.

Sopečný prach a popol pokrývajúci cesty môžu spôsobiť stratu trakcie. Ak sa cesty zvlhnú, suchý popol sa zmení na veľmi klzký bahno. Cesty a ulice sa musia lopatiť, akoby padol sneh, ktorý sa neroztopí.

Ashfallove vrstvy na Filipínach: A) Úsek na moste rieky Santo Tomas severne od San Narciso, Zambales; 32 km západ-juhozápadne od vetra. Vrstva A je 8 mm popola piesku; vrstva B je 4 mm väčšinou jemného popola. Všimnite si slabé normálne triedenie vrstvy C a rozptýlené hrubé trhliny na povrchu ložiska.
B) Tephra-pádové ložiská na neupravenej ceste pozdĺž rieky Marella 10,5 km juhozápadne od vetra. Vrstva A, asi 4 cm hrubá, pozostáva z hrubého popola a jemných lapillí; vrstva B pozostáva z niekoľkých tenkých vrstiev popola; vrstva C má hrúbku 33 cm a je najhrubšou časťou doteraz nájdeného klimaktického nálezu z pemzy. Všimnite si normálne celkové triedenie, ale 2 cm pemza lapillus v ľavom hornom rohu. Vrstva D sa skladá z dvoch lôžok s jemným popolom s hrúbkou 3 až 4 cm, ktoré sú oddelené lôžkom vo vode prepracovaného pemzého popola.
C) Tephra sa usadzuje na neupravenej ceste asi 9 km juhovýchodne od vetra, severná strana rieky Gumain. Vrstva B má hrúbku 23 cm a je tvorená početnými vrstvami popola; vrstva C je hrubá 31 cm a má dve zóny v spodnej časti s drobnými jemnými popolčekovými nátermi.
D) Úsek pri ústí kaňonu rieky Pasig asi 15 km východne od vetra. Vrstva B má hrúbku 10 cm a vrstva C má hrúbku asi 18 cm; všimnite si zóny bohaté na popol, ktoré vynikajú zvýšenou súdržnosťou. Obrázky USGS od W.E. Scott a J.J. Major. Väčší obrázok.

Vplyv na leteckú dopravu:

Moderné prúdové motory spracúvajú obrovské množstvo vzduchu. Nasávajú vzduch do prednej časti motora a odsávajú ho z chrbta. Ak sa sopečný popol vtiahne do prúdového motora, môže sa zahriať na teploty, ktoré sú vyššie ako teplota topenia popola. Popol sa môže v motore roztaviť a mäkký lepkavý produkt môže priľnúť na vnútornú stranu motora. To obmedzuje prúdenie vzduchu cez motor a zvyšuje hmotnosť lietadla.

Sopečný popol spôsobil zlyhanie motora na niekoľkých lietadlách. Našťastie mohli piloti bezpečne pristáť so svojimi zostávajúcimi motormi. Dnes sú sopky monitorované z hľadiska príznakov erupcie a lietadlá sú smerované okolo oblastí, ktoré by mohli obsahovať vzdušný popol.

Sopečný popol suspendovaný vo vzduchu môže mať abrazívny účinok na lietadlá, ktoré ním prechádzajú, rýchlosťou stovky kilometrov za hodinu. Pri týchto rýchlostiach môžu častice popola dopadajúce na čelné sklo pieskovať povrch do matného povrchu, ktorý zakrýva výhľad pilota. Pieskovanie môže tiež odstrániť kovovú farbu a dieru na nose a na predných okrajoch krídel a navigačného zariadenia.

Na letiskách sa vyskytujú rovnaké problémy s pristávacími a pristávacími dráhami, aké sa vyskytujú na cestách. Značky na dráhach môžu byť pokryté popolom. Po pristátí a vzlete môžu lietadlá stratiť trakciu. Popol sa musí odstrániť skôr, ako sa operácie vrátia do normálu.

Medzinárodná organizácia pre civilné letectvo uznala potrebu informovať pilotov a riadiacich letovej prevádzky o nebezpečenstvách sopky. Spolupracovali s vládnymi agentúrami na zriadení niekoľkých poradenských stredísk pre vulkanický popol. Tieto strediská monitorujú vulkanickú aktivitu a informujú o oblakoch popola v rámci svojej monitorovacej oblasti.

Sopečný popol: Video USGS vysvetľujúce vplyv sopečného popola na leteckú dopravu.

Vplyv na systémy zásobovania vodou:

Systémy zásobovania vodou môžu byť ovplyvnené popolami. Ak komunita využíva otvorený prívod vody, ako je rieka, nádrž alebo jazero, odpadnutý popol sa stane suspendovaným materiálom v prívode vody, ktorý sa musí pred použitím odfiltrovať. Voda na spracovanie so suspendovaným abrazívnym popolom môže poškodzovať čerpadlá a filtračné zariadenia.

Popol môže tiež spôsobiť dočasné zmeny v chémii vody. Popol v kontakte s vodou môže znížiť pH a zvýšiť koncentráciu iónov vylúhovaných z popolového materiálu. Tieto zahŕňajú: Cl, SO4, Na, Ca, K, Mg, F a mnoho ďalších.

Viac informácií
Článok Geology.com:
Novarupta: Najsilnejšia sopečná erupcia 20. storočia
Geologický prieskum USA:
Dopady a zmiernenie sopečného popola
Observatórium NASA:
Rôzne články a obrázky týkajúce sa sopečnej činnosti
Geologický prieskum USA:
Druhy a účinky nebezpečenstva sopky
Geologický prieskum USA:
Vodopády Tephra z roku Erupcie hory Pinatubo

Vplyv na systémy odpadových vôd:

Popol padajúci na uliciach mesta okamžite vstúpi do systému búrky. Pri spracovaní splaškovej vody s obsahom popola môže suspendovaný popol preťažiť zariadenia a filtre a spôsobiť poškodenie čerpadiel a ventilov. Stáva sa tiež problémom s likvidáciou. Bahno alebo kal z popola môžu stvrdnúť do materiálu podobného betónu.

Plánovanie sopečného popola

Spoločenstvá nachádzajúce sa blízko alebo po vetre sopiek s potenciálom spôsobiť výbuch popola by mali zvážiť potenciálny vplyv sopečného popola a naplánovať spôsoby, ako sa s ním vyrovnať a minimalizovať jeho vplyv. Je oveľa ľahšie naučiť sa o probléme a konať vopred, ako čeliť obrovskému problému bez varovania.