Formen på vulkansk aske påvirker forurening af vandkilder i vulkansk aktive områder

Forurenende stoffer fra vulkanudbrud udvaskes til vandet med forskellige hastigheder afhængigt af formen på de vulkanske askepartikler, ifølge ny forskning, der kunne forbedre videnskabsmænds evne til at forudsige risikoen for vandkvalitet i vulkansk aktive regioner.

Vulkanaske består af mikroskopiske fragmenter af størknet magma drevet fra vulkanudbrud. Når en vulkan går i udbrud, aske kan rejse store afstande. På kort sigt, aske kan forurene vegetationen, overflade vand, jord og grundvand med tungmetaller som kobber, cadmium og arsen og ikke-metalforurenende stoffer som fluor.

Disse forurenende stoffer kan komme ind i fødekæden i en proces kendt som bioakkumulering. Bioakkumulering opstår, når organismer indtager og opbevarer forurenende stoffer, som de ikke kan omsætte. Disse forurenende stoffer kan blive mere koncentrerede, når de rejser op i fødekæden, forgiftning af husdyr og mennesker. Bioakkumulering af tungmetaller kan forårsage nogle kræftformer, mens bioakkumulering af ikke-metaller som fluor kan forårsage skeletskader.

En ny undersøgelse i AGUs tidsskrift GeoHealth finder, at askepartiklers overfladeareal styrer, hvor hurtigt aske udvasker forurenende stoffer i vandet. Jo flere bobler en partikel har - eller jo mere porøs den er - jo større overfladeareal. Aske med flere bobler udvaskes hurtigere, fordi den har mere overflade til at vand kan trænge igennem.

Resultaterne tyder på, at partikelstruktur kan påvirke vandkvaliteten, forbedring af geologers evne til at forudsige, hvordan miljøer kan reagere på vulkanske eksplosioner. At forstå, hvordan asketyper påvirker den måde, forurenende stoffer opløses i vand, gør det muligt for forskere at forudsige de sundhedsfarer, som vandforurening påfører i områder med hyppig vulkanisme, ifølge undersøgelsens forfattere.

"De første par timer er, når vandet er mest forurenet, og udvaskningshastigheden falder efterfølgende. på lang sigt, gentagne udbrud kan føre til bioakkumulering, " sagde Candace Wygel, en geolog, der udførte forskningen, mens han var kandidatstuderende ved Lehigh University i Bethlehem, Pennsylvania. Wygel, nu geolog ved Roux Environmental Engineering and Geology D.P.C. i New York City, New York, er hovedforfatter på det nye papir.

Måling af boblekoncentration

Tidligere undersøgelser af vulkansk aske antog, at hver partikel var ensartet sfærisk og kompakt. Denne metode tog ikke højde for, hvor porøse nogle typer aske er. For eksempel, partikler fra andesitisk aske, en type vulkansk aske med mellemkornede krystaller og medium silicaindhold, kan have mange mikroskopiske bobler. Hver boble øger overfladearealet af askeprøven. Mere vand kan røre prøven og opløse dens forurenende stoffer.

Ud over, forskellige typer vulkansk aske har unikke koncentrationer af grundstoffer og forurenende stoffer. Basaltisk aske, en type vulkansk aske lavt indhold af silica, indeholder flere metaller end andesitisk aske. Imidlertid, da andesitisk aske har flere bobler, den udvasker hurtigere, hvad den har. Forskere vidste, at kemisk sammensætning påvirkede, hvad vulkansk aske udvaskede, men Wygel og hendes kolleger formodede partikelstrukturen også påvirker askens udvaskningshastighed.

"Vi ønskede at se, hvordan askens morfologi påvirkede udvaskningen til miljøet, " sagde Wygel.

I den nye undersøgelse, forskerne indsamlede prøver fra fire vulkaner på Hawaii, Costa Rica, Alaska og Island. Hver vulkan udbrød primært basaltisk eller andesitisk aske. Forskerne målte hver prøves samlede overfladeareal og tegnede sig for bobler inde i asken. De fandt, at prøverne havde overfladearealer omkring tre gange større, end da de blev målt med den geometriske standardmetode.

De fandt askepartikler med større overfladearealer, der udvaskede metaller hurtigere. Over syv dage, vand eroderede partiklerne, gør deres overfladearealer mindre og ændrer deres udvaskningshastigheder. Forskerne tog overfladearealmålinger på forskellige tidspunkter for at observere, hvordan askens udvaskningshastigheder ændrede sig fra vandforvitring.

Andesitisk aske fra den costaricanske vulkan Turrialba havde den højeste udvaskningshastighed, tilskrives dets høje koncentrationer af bobler. Turrialbas aske udvaskede oprindeligt forurenende stoffer hurtigst. Imidlertid, basaltisk aske fra Hawaii-vulkanen, Kilauea, udvasket de største koncentrationer af metaller. Resultaterne tyder på, at askens udvaskningshastighed og kemiske sammensætning påvirker miljøer i tandem.