Cząstki popiołu wulkanicznego pod mikroskopem

Popiół wulkaniczny jest niebezpieczny pod wieloma względami. Unosząc się w powietrzu, może wyrządzać szkody maszynom lotniczym: jego cząstki ścierają powierzchnie samolotu, a nawet mogą powodować awarie podstawowych instrumentów. Gdy popiół opadnie, może szkodzić naszemu zdrowiu oraz niszczyć infrastrukturę, rolnictwo i środowisko. Aby chronić się przed tymi zagrożeniami, ludzie muszą opracować skuteczne metody prognozowania.

W tym celu naukowcy wspierani przez finansowane przez UE projekty AVAST i SLIM badają w jaki sposób różne rodzaje erupcji wulkanicznych wpływają na cząstki popiołu. Chodzi o to że jeśli naukowcy są w stanie oszacować wielkość kształt i skład popiołu wulkanicznego to mogą dokładniej przewidzieć zagrożenia związane z różnymi erupcjami nawet bez pobierania próbek popiołu. Aby osiągnąć ten cel zespół zastosował nowatorską metodę analityczną dzięki której mógł ustalić jak różne typy erupcji wpływają na szereg zagrożeń. Nowa technika jest oparta na ilościowej analizie mineralnej prowadzonej przy użyciu skaningowego mikroskopu elektronowego i pozwala na powiązanie składu powierzchniowego cząstek popiołu wulkanicznego z aktywnością podczas erupcji. Wyniki badań zostały opublikowane w czasopiśmie „Scientific Reports”.

Naukowcy pobrali próbki popiołu z gwatemalskiego zespołu wulkanicznego Santiaguito, który rośnie od 1922 r. Najnowszy z czterech otworów, Caliente, jest aktywny od ponad 40 lat, regularnie wyrzucając popiół i fragmenty skał oraz prawie nieprzerwanie uwalniając lawę. Badany popiół wulkaniczny pochodzi z dwóch źródeł. Jednym z nich była eksplozja wulkaniczna składająca się z chmur gazu i popiołu wyrzucanych wysoko w powietrze. Drugim był potok piroklastyczny – szybko poruszający się prąd gorącego gazu i materii wulkanicznej spływający ze stoków wulkanu – spowodowany zawaleniem się kopuły w zespole Santiaguito.

Aktywność wulkaniczna wpływa na fragmentację magmy

Cząstki popiołu wulkanicznego mają średnicę mniejszą niż 2 mm i składają się zazwyczaj ze szkła krystalicznego i wulkanicznego formowanego w magmie a czasem także fragmentów skał. W swoim badaniu zespół zastosował system analizy mineralogicznej cząstek QEMSCAN (Quantitative Evaluation of Minerals by Scanning Electron Microscopy). Uczeni wykorzystali nowy system do przeanalizowania próbek popiołu z Santiaguito oraz do zbadania mechanizmów fragmentacji. „Chodzi o zależność fragmentów magmy od rodzaju aktywności wulkanicznej związanej z jej produkcją a to również zmienia mineralogię która znajduje się na powierzchniach cząstek popiołu” wyjaśnił główny autor dr Adrian Hornby w artykule opublikowanym na stronie „Phys.org”.

Próbki popiołu otrzymane z wybuchu wulkanu miały równomierne rozmieszczenie plagioklazów – formy skalenia – oraz szkła, wzbogaconego o inne minerały na powierzchni cząstek. Z drugiej strony popiół powstały w wyniku zawalenia się kopuły miał więcej szkła i mniej skalenia na powierzchniach. „Nasze ustalenia w znacznym stopniu przyczyniają się do lepszego zrozumienia pochodzenia i składu popiołu wulkanicznego, co jest niezbędne do oceny ryzyka związanego z erupcjami”, tłumaczy dr Hornby.

Badania wspierane przez projekty AVAST (Advanced Volcanic Ash characteriSaTion) and SLIM (Strain Localisation in Magma) uwidaczniają potrzebę dalszego badania mechanizmów fragmentacji. Projekt SLIM zakończył się w czerwcu 2018 r., a AVAST będzie realizowany do sierpnia 2019 r.

Więcej informacji:
strona projektu AVAST
strona projektu SLIM w serwisie CORDIS