Sisältö
- Mikä on vulkaaninen tuhka?
- Tulivuoren tuhkan ominaisuudet
- Tuhkan purkaukset ja tuhkapylväät
- Ash Plumes, Ashfalls ja Ash Fields
- Tulivuoren tuhkan vaikutukset
- Vaikutus ihmisten terveyteen:
- Vaikutus maatalouteen:
- Vaikutus rakennuksiin:
- Vaikutus laitteisiin:
- Vaikutus viestintään:
- Vaikutus sähköntuotantolaitteisiin:
- Vaikutus maakuljetuksiin:
- Vaikutus lentoliikenteeseen:
- Vaikutus vesihuoltojärjestelmiin:
- Vaikutus jätevesijärjestelmiin:
- Suunnittelu vulkaanista tuhkaa
Tulivuoren tuhkaa Clevelandin tulivuoresta, joka sijaitsee Chuginadakin saarella Aleutian saaren ketjussa Alaskan edustalla. NASA-kuvan on ottanut lentosuunnittelija Jeff Williams kansainvälisestä avaruusasemalta. Suurempi kuva.
Mikä on vulkaaninen tuhka?
Tulivuorentuhka koostuu jauhemaisesta hiekkakokoonmääräisestä tuhatta kivimateriaalia sisältävistä hiukkasista, jotka ovat puhallettu ilmaan purkautuvan tulivuoren avulla. Termiä käytetään materiaaliin ollessaan ilmassa, sen jälkeen kun se putoaa maahan ja joskus sen jälkeen kun se on lithified rockiksi. Termejä "tulivuoren pöly" ja "vulkaaninen tuhka" käytetään molemmat samaan materiaaliin; "vulkaanista pölyä" käytetään kuitenkin sopivimmin jauhekokoiseen materiaaliin.
Vulkaaninen tuhka Mount St. Helens, vuodesta 1980, purkaus. USGS-kuva, D.E. Wieprecht. Suurempi kuva.
Tulivuoren tuhkan hiukkaset tarkastellaan pyyhkäisyelektronimikroskoopilla. USGS-kuvan kirjoittanut A.M. Sarna-Wojcicki. Suurempi kuva.
Tulivuoren tuhkan ominaisuudet
Ensi silmäyksellä vulkaaninen tuhka näyttää pehmeältä, vaarattomalta jauheelta. Sen sijaan vulkaaninen tuhka on kivimateriaalia, jonka kovuus on noin 5+ Mohsin kovuusasteikolla. Se koostuu epäsäännöllisen muotoisista hiukkasista, joissa on terävät, sakot reunat (katso mikroskooppikuva). Yhdistä korkea kovuus epäsäännöllisen hiukkasmuodon kanssa, ja vulkaaninen tuhka voi olla hankaava materiaali. Tämä antaa näille pienille hiukkasille mahdollisuuden vaurioittaa lentokoneiden ikkunoita, olla silmiä ärsyttävä, aiheuttaa epätavallisen kulumisen laitteiden liikkuville osille, joiden kanssa ne joutuvat kosketuksiin, ja aiheuttaa monia muita ongelmia, joita käsitellään jäljempänä "Tulivuoren tuhkan vaikutus" -osiossa.
Vulkaanisen tuhkan hiukkaset ovat hyvin pienikokoisia ja vesikulaarisessa rakenteessa, jossa on lukuisia onteloita. Tämä antaa heille suhteellisen alhaisen tiheyden kivimateriaalille. Tämä pieni tiheys yhdistettynä erittäin pieneen hiukkaskokoon sallii tulivuoren tuhkan kuljettamisen korkealle ilmakehään purkauksen myötä ja tuulen kuljettaman pitkiä matkoja. Tulivuoren tuhka voi aiheuttaa ongelmia kaukana purkautuvasta tulivuoresta.
Vulkaanisen tuhkan hiukkaset eivät liukene veteen. Märkäksi muodostuessaan ne muodostavat lietteen tai lietteen, joka voi tehdä moottoriteistä ja kiitoteistä liukasia. Märkä vulkaaninen tuhka voi kuivua kiinteäksi, betonimaiseksi massaksi. Tämä mahdollistaa sen, että se voi sulkea myrskyviemäreitä ja tarttua avoimien eläinten turkisiin, kun tuhka putoaa samaan aikaan.
Tulivuoren tuhkapylväs: St. Helensin vuorenpurkauspylväs 18. toukokuuta 1980. Tämä räjähtävä päästö tuotti kuuman kolonnin nousevasta tefrasta, tulivuoren kaasuista ja mukana kulkeutuneesta ilmasta, joka nousi 22 kilometrin korkeuteen alle kymmenessä minuutissa. Voimakkaat tuulet kantoivat tuhkaa itään nopeudella noin 100 kilometriä tunnissa. Alle neljässä tunnissa tuhka putosi Spokane-kaupunkiin noin 400 kilometrin päässä, ja kaksi viikkoa myöhemmin purkauspilvi oli ympäröinyt maan. USGS-kuvan kirjoittanut A. Post.
Tuhkan purkaukset ja tuhkapylväät
Jotkut magmat sisältävät valtavia määriä liuenneita kaasuja erittäin korkeissa paineissa. Kun purkaus tapahtuu, näihin kaasuihin rajoittuva paine vapautuu yhtäkkiä ja ne laajenevat nopeasti, kiihtyen tulivuoren tuuletusaukosta ja kantaen pieniä magman bittiä mukanasi. Magma-kammion lähellä oleva pohjavesi voidaan salata höyryksi samalla tuloksella. Nämä ovat tuhkahiukkasten lähde joillekin purkauksille. Valtava määrä tuuletusaukosta räjähtävää, paisuvia kaasuja voi ajaa tuhkan ja kuumien kaasujen purkauspylvään korkealle ilmaan.
Oheisessa kuvassa on osa tuhkapylväästä, joka on tuotettu St. Helensin vuoren 1980 purkauksen aikana. Tuon purkauksen seurauksena kuumien vulkaanisten kaasujen räjähtävä päästö ilmakehään tuotti nousevan tefran, vulkaanisten kaasujen ja mukana kulkeneen ilman pylvään, joka nousi 22 kilometrin korkeuteen alle kymmenessä minuutissa. Sitten voimakkaat vallitsevat tuulet kantoivat tuhkaa itään nopeudella noin 100 kilometriä tunnissa. Alle neljässä tunnissa tuhka putosi Spokane-kaupunkiin noin 400 kilometrin päässä tuuletusaukosta. Kaksi viikkoa myöhemmin purkauksen pöly oli kulkenut maan ympäri.
St. Helensin vuorenpurkaus oli poikkeuksellinen kooltaan ja voimakkuudeltaan. Tyypillisempi tuhkapäästö näkyy sivun yläreunassa olevassa kuvassa. Kuvassa Clevelandin tulivuori, joka sijaitsee Chuginadakin saarella Alaskan Aleutian saaren ketjussa, vapauttaa pienen tuhkan, joka muutamassa minuutissa irtoaa tulivuoresta ja tuulen kuljettama.
Tulivuoren tuhkankartta: Kartta, joka osoittaa tuhkan laskeuman maantieteellisen jakautumisen Yhdysvalloissa 18. toukokuuta 1980 Mount Helensin vuorenpurkauksen jälkeen. USGS-kuva. Suurempi kartta.
Tuhkan paksuus: Tuhkakuopat ovat yleensä paksut ja karkeat hiukkaskoolla lähellä tulivuoria. Etäisyydellä talletuksesta tulee kuitenkin ohuempi ja hienompi.
Tuhkanlyönti: Chilen eteläosassa sijaitsevasta Chaiténin tulivuoresta tuhkaa pitkä tuhka. Suurempi kuva.
Ash Plumes, Ashfalls ja Ash Fields
Kun tuhka on päästänyt ilmassa tulivuori, tuulen on mahdollisuus siirtää sitä. Tämä liike yhdessä ilman turbulenssin kanssa jakaa suspendoidun tuhkan laajalle alueelle. Nämä tuulen pilvet, joita tuuli liikuttaa, tunnetaan tuhkanlyönneinä. Alla olevassa kuvassa näkyy tuhkahiekka, joka on syntynyt Chaiténin tulivuorenpurkauksen seurauksena Etelä-Chilessä 3. toukokuuta 2008. Tämä putki alkaa Chilestä, ylittää Argentiinan ja ulottuu satoja kilometrejä Atlantin valtameren yli levittäen matkalla.
Kun tuhkapöly siirtyy pois tulivuoren tuuletusaukosta, sillä ei enää ole kiirettä karkaa kaasuja sen tukemiseksi. Tukemattomat tuhkahiukkaset alkavat pudota. Suurimmat tuhkapartikkelit putoavat ensin ja pienemmät hiukkaset pysyvät suspendoituneina pidempään. Tämä voi tuottaa tuhkakertymän tuhkan alapuolella olevaan maahan. Nämä tuhkakerrostumat ovat yleensä paksuimpia tuuletusaukon lähellä ja etäisyyden mukaan ohuita. Tällä sivulla on kartta, joka osoittaa tuhkan jakautumisen 18. toukokuuta 1980 tapahtuneesta Mount Helensin vuorenpurkauksesta.
Tuhkakenttä on maantieteellinen alue, jolla maa on tuhkarokan laskeuman peittämä. Alla olevassa kuvassa on tuhkakenttä Chaitén-tulivuoresta itään Etelä-Chilessä toukokuusta 2008 alkaen. Tuhkan valkoinen peitevoide on selvästi nähtävissä.
Tuhkakenttä: Tuhkakenttä itään Chaiténin tulivuoresta toukokuusta 2008. Suurempi kuva.
Tulivuoren tuhkan vaikutukset
Tulivuoren tuhka aiheuttaa lukuisia vaaroja ihmisille, omaisuudelle, koneille, yhteisöille ja ympäristölle. Useita näistä on yksityiskohtaisesti alla.
Vaikutus ihmisten terveyteen:
Ihmiset, jotka altistuvat tuhkaavalle tai asuvat pölyisessä ympäristössä tuhkan jälkeen, voivat kärsiä monista ongelmista. Hengitysvaikeuksia ovat nenän ja kurkun ärsytys, yskä, keuhkoputkentulehduksen kaltainen sairaus ja epämukavuus hengityksen aikana. Niitä voidaan vähentää käyttämällä tehokkaita pölynaamioita, mutta tuhkan käyttöä tulisi välttää, jos mahdollista.
Pitkäaikaisiin ongelmiin voi kuulua silikoosiksi kutsuttu sairauden kehittyminen, jos tuhkassa on merkittävä piidioksidipitoisuus. Yhdysvaltain kansallinen työturvallisuus- ja työterveyslaitos suosittelee erityyppisiä naamioita niille, jotka ovat alttiita vulkaaniselle tuhkalle. Kaikkien, jotka jo kärsivät ongelmista, kuten keuhkoputkentulehdus, keuhkolaajentuma tai astma, tulisi välttää altistumista.
Kuiva vulkaaninen tuhka voi tarttua kosteaan ihmisen silmään, ja pienet tuhkapartikkelit aiheuttavat silmien ärsytystä nopeasti. Tämä ongelma on vakavin piilolinssejä käyttävien ihmisten keskuudessa. Tuhka-alueilla ihmiset ovat ilmoittaneet jonkin verran ihoärsytystä; tapausten lukumäärä ja niiden vakavuus ovat kuitenkin alhaiset.
Novarupta tuhka Satelliittikuva Novarupta-tulivuoren ympäröivästä maisemasta tuhkapiirteillä ja vuoden 1912 purkauksen pyroclastisella virtausalueella värillisinä viivoina. Satelliittikuva, jonka on kirjoittanut J. Allen (NASA), käyttäen Marylandin yliopiston maailmanlaajuisen maapeitelaitoksen tietoja. Kartografia kirjoittanut B. Cole,. Suurempi kuva.
Vaikutus maatalouteen:
Karja kärsii samoista silmä- ja hengitysongelmista, joita yllä on kuvattu ihmisille. Eläimet, jotka ruokkivat laiduntamalla, voivat olla kykenemättömiä syömään, jos tuhka peittää niiden ravintolähteen. Tuhkapäällysteisestä ravintolähteestä syövät kärsivät usein monista sairauksista. Tuhkavesialueiden viljelijöiden on ehkä tarjottava lisärehua eläimilleen, evakuoitava heitä tai lähetettävä varhaisessa vaiheessa teurastettavaksi.
Muutaman millimetrin tuhka ei yleensä aiheuta vakavia vaurioita laitumille ja satoille. Paksummat tuhkankeruut voivat kuitenkin vahingoittaa tai tappaa kasveja ja laitumia. Paksut kerääntymiset voivat vahingoittaa maaperää tappaen mikrofyyttejä ja estämällä hapen ja veden pääsyn. Tämä voi johtaa steriiliin maaperään.
Tulivuoren tuhkan vahingot: Märän tuhkan vaurioittamat rakennukset. USGS-kuva. Suurempi kuva.
Vulkaaninen tuhka: USGS-video, joka selittää tulivuoren tuhkan vaikutuksen lentoliikenteeseen.
Vaikutus rakennuksiin:
Kuiva tuhka painaa noin kymmenen kertaa tuoreen lumen tiheyden. Paksu tuhka rakennuksen katolla voi ylikuormittaa sitä ja aiheuttaa sen romahtamisen (katso kuva). Suurinta osaa rakennuksista ei ole suunniteltu tukemaan tätä lisäpainoa.
Välittömästi voimakkaan tuhkan jälkeen yksi tärkeimmistä töistä on tuhkan puhdistaminen rakennusten kattoilta. Jos sade sataa ennen tuhkan poistamista, tuhka voi sen imeä ja lisätä painoa. Märän tuhkan tiheys voi olla kaksikymmentä kertaa tuoreen lumen tiheys.
Tulivuorentuhka voi täyttää rakennuksen kourut ja tukkia alaosat. Pelkkä tuhka voi olla erittäin raskas, ja jos se kastuu sateelta, paino vetää usein vesikourut taloista. Tuhka yhdessä veden kanssa voi olla syövyttävää metallikattomateriaaleille. Märkä tuhka on myös johdin, ja kun se kerääntyy rakennuksen ulkoisten sähköelementtien ympärille, se voi johtaa vakaviin vammoihin tai vaurioihin.
Ilmastointilaitteet ja ilmankäsittelyjärjestelmät voivat vioittaa tai vaurioitua, jos niiden suodattimet ovat tukossa tai niiden tuuletusaukot peitetään vulkaanisella tuhkalla. Laitteiden liikkuvia osia voidaan käyttää nopeasti, jos niiden välille pääsee hankaavaa tuhkaa.
Vaikutus laitteisiin:
Hieno tuhka ja pöly voivat tunkeutua rakennuksiin ja aiheuttaa ongelmia laitteissa. Hiomatuhka voi aiheuttaa sähkömoottorien liikkuvien osien epätavallisen kulumisen. Pölynimurit, uunit ja tietokonejärjestelmät ovat erityisen haavoittuvia, koska ne käsittelevät paljon ilmaa.
Tulivuoren tuhkan aiheuttama pimeys: Ilmassa oleva tuhka voi estää auringonvaloa ja tehdä tuhkan alla olevat alueet pimeiksi keskellä päivää. Soufriere Hillsin tulivuori, kuva vuodelta 1997. USGS-kuva. Suurempi kuva.
Vaikutus viestintään:
Tulivuoren tuhkassa voi olla sähkövaraus, joka häiritsee radioaaltoja ja muita ilman kautta välitettäviä lähetyksiä. Radio-, puhelin- ja GPS-laitteet eivät ehkä pysty lähettämään tai vastaanottamaan signaaleja lähistöllä purkautuvan tulivuoren kanssa. Tuhka voi myös vahingoittaa fyysisiä tiloja, kuten johdot, tornit, rakennukset ja viestinnän tukemiseen tarvittavat laitteet.
Vaikutus sähköntuotantolaitteisiin:
Tulivuoren tuhka voi aiheuttaa virrantuotantolaitosten sammutuksen. Nämä tilat sammutetaan joskus tuhkan aiheuttamien vaurioiden välttämiseksi. Ne voivat jäädä alas, kunnes tuhka on poistettu. Tämä suojaa tärkeitä laitteita vikaantumiselta, mutta häiritsee miljoonien ihmisten sähköpalvelua.
Autojen vulkaaninen tuhka Clarkin lentotukikohdassa Filippiineillä Pinatubon vuoren purkauksen jälkeen vuonna 1991. Tämä parkkipaikka on noin 25 kilometriä itään purkauksesta ja siellä oli noin 9 senttimetriä tuhkaa. USGS-kuvan kirjoittanut R. P. Hoblitt. Suurempi kuva.
Vaikutus maakuljetuksiin:
Alkuperäinen vaikutus kuljetukseen on näkyvyyden rajoitus. Tuhka täyttää ilman ja estää auringonvaloa. Se voi olla yhtä pimeää kuin yö keskellä päivää. Tuhka kattaa myös tien merkinnät. Vain yhden millimetrin tuhka voi hämärtää valtatien keskustaa ja perusviivoja.
Toinen vaikutus on autoihin. Ne käsittelevät valtavia määriä ilmaa, joka sisältää tulivuoren pölyä ja tuhkaa. Tämä aluksi vangitaan ilmansuodattimella, mutta se voi nopeasti hukkua. Sitten hiomapöly menee moottoriin vaurioittamalla huolellisesti työstettyjä osia ja tukkeuttamalla pieniä aukkoja.
Vulkaaninen tuhka kerääntyy autojen tuulilasiin, mikä aiheuttaa tarpeen käyttää pyyhkimiä. Jos pyyhkimiä käytetään, tuulilasin ja pyyhkimien välinen hankaava tuhka voi naarmuttaa ikkunaa, jolloin muodostuu huurrettua pintaa, jota ei ole mahdollista nähdä läpi.
Teitä peittävä tulivuoren pöly ja tuhka voivat johtaa pinnan menettämiseen. Jos tiet kastuvat, kuivasta tuhkasta tulee erittäin liukas muta. Tiet ja kadut on kaapattava ikään kuin lumi, joka ei sula, olisi saanut.
Tuhkapääkerrokset Filippiineillä: A) Santo Tomas -joen sillan osa San Narcisosta pohjoiseen, Zambales; 32 km länestä lounaaseen tuuletusaukosta. Kerros A on 8 mm hiekkakokoa tuhkaa; kerros B on 4 mm lähinnä hienoa tuhkaa. Huomaa kerroksen C heikko normaali asteikko ja hajallaan olevat karkeat lasit kerrospinnan pinnalla.
B) Tephra-laskukerrat hoitamattomalla tiellä Marella-jokea pitkin 10,5 km lounaaseen tuuletusaukosta. Kerros A, noin 4 cm paksu, koostuu karkeasta tuhkasta ja hienoista paprikoista; kerros B koostuu useista ohuista tuhkakerroksista; kerros C on 33 cm paksu ja on vielä löydetyn klimaktisen hohkakivekuohun paksuin osa. Huomaa normaali kokonaisluokittelu, mutta vasemmassa yläkulmassa on 2 cm hohkakivi lapillus. Kerros D koostuu kahdesta 3 - 4 cm: n paksuisesta hienon tuhkan kerroksesta, jotka on erotettu vedellä muokatun hohkakiven tuhkan kerroksella.
C) Tefran laskeumat parantamattomalle tielle noin 9 km kaakkoon ventistä, Gumain-joen pohjoispuolella. Kerros B on 23 cm paksu ja koostuu lukuisista lajitelluista tuhkavuoteista; kerros C on 31 cm paksu ja sen alaosassa on kaksi vyöhykettä pienillä hienoisilla tuhkapäällysteillä.
D) Leikkaus Pasig-joen kanjonin suulla noin 15 km itään aukosta. Kerros B on 10 cm paksu ja kerros C on noin 18 cm paksu; Huomaa tuhkarikkaat alueet, jotka erottuvat lisääntyneen koheesion vuoksi. USGS-kuvat kirjoittanut W.E. Scott ja J.J. Suuri. Suurempi kuva.
Vaikutus lentoliikenteeseen:
Nykyaikaiset suihkumoottorit käsittelevät valtavia määriä ilmaa. Ne vetävät ilmaa moottorin etuosaan ja tyhjentävät sen ulos takaa. Jos vulkaanista tuhkaa vedetään suihkumoottoriin, se voidaan kuumentaa lämpötilaan, joka on korkeampi kuin tuhkan sulamislämpötila. Tuhka voi sulaa moottorissa, ja pehmeä tahmea tuote voi tarttua moottorin sisäpuolelle. Tämä rajoittaa moottorin läpi kulkevaa ilmavirtaa ja lisää painoa koneeseen.
Vulkaaninen tuhka on johtanut moottorihäiriöihin muutamilla koneilla. Onneksi lentäjät pystyivät laskeutumaan turvallisesti jäljellä olevilla moottoreillaan. Nykyään tulivuoreja tarkkaillaan purkausmerkkien varalta, ja lentokoneita ohjataan alueille, joilla saattaa olla ilmassa olevaa tuhkaa.
Ilmaan suspendoidulla tulivuoren tuhkalla voi olla hankaava vaikutus lentokoneisiin, jotka lentävät sen läpi nopeudella satoja kilometrejä tunnissa. Näillä nopeuksilla tuulilasiin vaikuttavat tuhkahiukkaset voivat hiekkapuhaltaa pinnan himmeäksi, mikä hämärtää lentäjän näkymää. Hiekkapuhallus voi myös poistaa maalin ja kuopan metallin nenästä ja siipien sekä navigointilaitteiden etureunoista.
Lentoasemilla kiitoteitä kohtaavat samat ongelmat kuin teillä. Kiitotien merkinnät voidaan peittää tuhkalla. Lentokoneet voivat menettää pitoa laskeutumisen ja lentoonlähdön yhteydessä. Ja tuhka on poistettava ennen toiminnan palautumista normaaliksi.
Kansainvälinen siviili-ilmailujärjestö tunnusti, että lentäjille ja lennonjohtajille on tiedotettava tulivuoren vaarasta. Tätä varten he työskentelivät yhdessä valtion virastojen kanssa perustaakseen useita vulkaanisen tuhkan neuvontakeskuksia. Nämä keskukset tarkkailevat tulivuoren toimintaa ja raportoivat valvonta-alueellaan olevista tuhkapirtoista.
Vulkaaninen tuhka: USGS-video, joka selittää tulivuoren tuhkan vaikutuksen lentoliikenteeseen.
Vaikutus vesihuoltojärjestelmiin:
Tuhkavesit voivat vaikuttaa vedenjakelujärjestelmiin. Jos yhteisö käyttää avointa vesivaroja, kuten jokea, säiliötä tai järveä, pudonneesta tuhkasta tulee vesisäiliössä suspendoitunutta ainetta, joka on suodatettava pois ennen käyttöä. Veden käsittely suspendoidun hiomatuhkan kanssa voi vahingoittaa pumppuja ja suodatuslaitteita.
Tuhka voi myös aiheuttaa väliaikaisia muutoksia veden kemiassa. Veden kanssa kosketuksessa oleva tuhka voi alentaa pH: ta ja lisätä tuhkamateriaalista uutettujen ionien pitoisuuksia. Näitä ovat: Cl, SO4, Na, Ca, K, Mg, F ja monet muut.
Vaikutus jätevesijärjestelmiin:
Kaupunkikatuille putoava tuhka pääsee välittömästi myrskyn viemärijärjestelmään. Jos tuhkakuormitettu viemärivesi käsitellään, suspendoitu tuhka voi ylikuormittaa laitteita ja suodattimia ja vaurioittaa pumpuja ja venttiilejä. Siitä tulee myös hävitysongelma. Muta tai tuhkaliete voi kovettua betonin kaltaiseksi materiaaliksi.
Suunnittelu vulkaanista tuhkaa
Tulivuorien lähellä tai vastatuulessa sijaitsevien yhteisöjen, jotka voivat tuottaa tuhkanpurkauksia, olisi harkittava tulivuoren tuhkan mahdollisia vaikutuksia ja suunniteltava keinoja sen käsittelemiseksi ja sen vaikutusten minimoimiseksi. On paljon helpompaa saada koulutettu ongelmasta ja ryhtyä toimiin etukäteen kuin on kohdata valtava ongelma ilman varoitusta.