خاکستر آتشفشان ها بر روی سیستم زمین تاثر گذار است

برای پر کردن شکاف دانش بین آتشفشان شناسان و دانشمندان جوی که روی تغییرات آب و هوا و مشاهده سیستم های جهانی کار می کنند، محققان کرنل نمونه های خاکستر آتشفشانی بسیاری از فوران های انفجاری با طیف وسیع ترکیبی را مشخص کرده اند. این کار به دانشمندان کمک می کند تا کشف کنند که چگونه این ماده کوچک – که در میکرون و نانومتر اندازه گیری می شود – نقش بزرگی در جو بازی می کند.

آدریان هورنبی، نویسنده اول، محقق فوق دکتری در دپارتمان علوم زمین و جو می‌گوید: فوران‌های آتشفشانی بزرگ می‌توانند تأثیرات قابل‌اندازه‌گیری بر آب و هوا داشته باشند که سال‌ها یا حتی دهه‌ها ادامه دارد. پراکندگی و انتقال خاکستر آتشفشانی خوب و تعامل آن با زمین بر رشته‌های مختلفی تأثیر می‌گذارد از علم جو و مدل‌سازی آب و هوا گرفته تا مطالعات محیطی و حتی بهداشت عمومی.

آتشفشان ها می توانند توسط نقاط داغ در اعماق گوشته زمین ایجاد شوند، مانند آتشفشان ها در هاوایی، یا می توانند در مناطق فرورانش، جایی که دو صفحه تکتونیکی با هم برخورد می کنند، ایجاد شوند. اما هر کدام دارای ترکیبات متمایز شبیه اثر انگشت هستند که می توانند باعث ایجاد انواع مشکلات زیست محیطی شوند که عوارضی را برای سیاره ایجاد می کنند.

به گفته هورنبی، خاکستر حاصل از آتشفشان ها یک ماده ذرات پیچیده است که از تکه تکه شدن ماگما تشکیل شده و در طی فوران های آتشفشانی انفجاری به جو تزریق می شود.

هورنبی گفت: “خاکستر حاوی بخش هایی از مواد معدنی، شیشه سیلیکات و منافذ است، اما ترکیب مورد انتظار و خواص تولید شده در فوران ها به خوبی تعریف نشده است.” این امر در مورد خاکستر آتشفشانی ریز که به طور گسترده در جو حمل می شود، صدق می کند و مجموعه وسیعی از اثرات را بر سیستم زمین، زیرساخت ها و سلامت انسان ایجاد می کند.

به دلیل کمبود داده، جامعه علمی بر تقریب های تقریبی یا مدل های ضعیف ترکیب خاکستر تکیه کرده است. اکنون، گروه کورنل نمونه‌هایی را از 40 فوران آتشفشانی جمع‌آوری کرد که با اندازه و زمینه تکتونیکی مشخص می‌شوند تا مجموعه داده‌ای بهتر و جامع‌تر ارائه کنند. آنها بر روی دانه های خاکستر آتشفشانی کوچکتر از 45 میکرون تمرکز کردند، که بسیار مهم است زیرا بادهای جوی می توانند آن را انتقال دهند و تاثیرات وسیع تری را برانگیزند.

آنها دریافتند که ترکیب خاکستر آتشفشانی به میزان قابل توجهی با اندازه دانه، محیط تکتونیکی و شیمی متفاوت است. با ریزتر شدن اندازه دانه، کسری از سیلیس کریستالی (که اگر آن را تنفس کنید، می تواند باعث بیماری های سلامتی و سرطان ریه شود) و نمک ها افزایش می یابد، در حالی که اجزای شیشه و اکسید آهن کاهش می یابد.

در نمونه های الک شده آنها – از مکان هایی مانند کوه پیناتوبو، فیلیپین (1991)، کوه سنت هلن، واشنگتن (1980) و کوه آتن، ایتالیا (122 قبل از میلاد) و لا پالما، جزایر قناری، اسپانیا (2021) – از 23 آتشفشان، این گروه از پراش پرتو ایکس برای تشخیص ساختار اتمی مواد، و شناسایی و اندازه گیری نسبت مواد معدنی و شیشه با روش های بهبود یافته، و میکروسکوپ الکترونی روبشی برای تایید فازها، ارزیابی مورفولوژی و بافت استفاده کردند.

نمونه ها از نظر محتوای مواد معدنی بسیار متفاوت بودند: پیناتوبو مقدار زیادی فلدسپات (گروه فراوانی از مواد معدنی آلومینوسیلیکات از پوسته زمین) و آمفیبول (یک کانی مهم در انفجار آتشفشانی) و شواهد کوارتز از تکامل مذاب قابل توجه توسط کریستالیزاسیون جزئی و موارد دیگر تولید کرد. فرآیندهای قبل از فوران

از سوی دیگر، فوران‌های تاجوگایت ۲۰۲۱ در لا پالما، جزیره قناری، اسپانیا، بار معدنی عمدتاً فلدسپات، کلینوپیروکسن و الیوین بود – آخرین مورد یکی از ویژگی‌های معدنی مذاب‌های بدوی با تکامل کمی از منبع گوشته‌شان است.

هورنبی گفت که برای نمونه‌های جمع‌آوری‌شده در طول تاجوگایت 2021، میزان متوسط ​​شیشه از 50 درصد به 35 درصد کاهش یافته است در حالی که کسرهای مواد معدنی متراکم و آهن‌دار از 35 درصد به 50 درصد افزایش یافته است. نمک برای ذرات ریزتر در همه موارد افزایش یافت.

استبان گازل، نویسنده ارشد، استاد مهندسی Charles N. Mellowes، گفت: «در خاکستر دانه ریزتر، شاهد افزایش قابل توجهی در نمک بودیم. “این مهم است زیرا نمک ها به راحتی حل می شوند. نمک اولین چیزی است که با رسیدن خاکستر ریز به اقیانوس حل می شود. شما نمی خواهید آن را تنفس کنید، زیرا با ریه های شما واکنش نشان می دهد.”

خاکستر آتشفشانی، به دلیل ماهیت تولید حجیم، حمل و نقل جوی و رسوب در هر اکوسیستم شناخته شده، بین رشته ای ترین جنبه آتشفشانی است. گزل که همچنین عضو هیئت علمی دانشگاه است، گفت: «مطالعه ما اولین منبع داده محور را برای محدود کردن بهتر ترکیب مواد معدنی و شیشه خاکستر آتشفشانی و تراکم مورد نیاز دانشمندان اتمسفر برای بررسی انتقال خاکستر و درک بهتر اثرات آن بر روی سیستم زمین فراهم می کند. مرکز کورنل اتکینسون برای پایداری

چگالی خاکستر توسط محتوای مواد معدنی کنترل می شود. هورنبی گفت: صرف نظر از اندازه، صرف نظر از منشأ ماگما، ما توانستیم یک تخمین چگالی نسبتاً خوبی از مواد معدنی و اکسیدهای آهن به دست آوریم.

این خاکستر اتمسفر می تواند مسافت های طولانی را طی کند تا بر اقلیم و اکوسیستم – حتی در قاره های دیگر – دور از آتشفشان تأثیر بگذارد. ناتالی ماهاوالد، استاد مهندسی کلیسای ایروینگ پورتر، یکی از نویسندگان ارشد این پژوهش، می گوید: «دانشمندان جو تأثیر خاکستر بر آب و هوا و بیوژئوشیمی را نادیده گرفته اند. با این تحقیق، ما در نهایت داده‌هایی برای تخمین تاثیر آن در اختیار داریم.

.Materials provided by Cornell University. Original written by Blaine Friedlander, courtesy of the Cornell Chronicle. Note: Content may be edited for style and length