根據(jù)一項(xiàng)新的研究，來自火山噴發(fā)的污染物會(huì)以不同的速率浸入水中，具體取決于火山灰顆粒的形狀，這可以增強(qiáng)科學(xué)家預(yù)測(cè)火山活動(dòng)區(qū)水質(zhì)風(fēng)險(xiǎn)的能力。

火山灰由火山噴發(fā)推動(dòng)的凝固巖漿的微觀碎片組成。火山爆發(fā)時(shí)，火山灰可以傳播很遠(yuǎn)的距離。在短期內(nèi)，灰分可污染植被，地表水，土壤和地下水用重金屬如銅，鎘和砷和非金屬污染物等氟。

這些污染物可以通過生物蓄積過程進(jìn)入食物鏈。當(dāng)生物體攝入并存儲(chǔ)無法代謝的污染物時(shí)，就會(huì)發(fā)生生物蓄積。這些污染物在食物鏈中傳播時(shí)會(huì)變得更加集中，使牲畜和人類中毒。重金屬的生物蓄積會(huì)導(dǎo)致某些癌癥，而氟等非金屬的生物蓄積會(huì)導(dǎo)致骨骼損傷。

AGU期刊GeoHealth中的一項(xiàng)新研究發(fā)現(xiàn)，灰燼顆粒的表面積控制著灰燼將污染物浸入水中的速度。顆粒具有的氣泡越多或多孔性越大，其表面積越大。氣泡較多的灰分浸出速度更快，因?yàn)樗哂懈嗟谋砻鏉B透水。

結(jié)果表明，顆粒結(jié)構(gòu)會(huì)影響水質(zhì)，從而提高了地質(zhì)學(xué)家預(yù)測(cè)環(huán)境可能對(duì)火山爆發(fā)反應(yīng)的能力。該研究的作者說，了解火山灰的類型如何影響污染物在水中的溶解方式，使科學(xué)家能夠預(yù)測(cè)出火山頻繁地區(qū)的水污染對(duì)健康的危害。

左圖是圖里亞爾巴火山的安山巖灰。它的高孔隙率使其表面積更大。正確的圖像是基拉韋厄的玄武巖灰。其光滑的球形外觀顯示出其減小的表面積。

地質(zhì)學(xué)家Candace Wygel說：“最初的幾個(gè)小時(shí)是水污染最嚴(yán)重的地方，然后浸出率下降。但是，長(zhǎng)期來看，反復(fù)噴發(fā)會(huì)導(dǎo)致生物蓄積。”賓夕法尼亞伯利恒大學(xué)。Wygel，現(xiàn)在是紐約紐約市Roux環(huán)境工程和地質(zhì)DPC的地質(zhì)學(xué)家，是該論文的主要作者。

測(cè)量氣泡濃度

以前的火山灰研究假設(shè)每個(gè)顆粒都是均勻的球形和致密的。該方法未考慮某些類型的灰分的多孔性。例如，來自安山灰的顆粒(一種具有中等粒度的晶體和中等二氧化硅含量的火山灰)可能具有許多微小的氣泡。每個(gè)氣泡都會(huì)增加灰分樣品的表面積。更多的水可以接觸樣品并溶解其污染物。

此外，不同類型的火山灰具有獨(dú)特的元素和污染物濃度。玄武巖灰是一種低二氧化硅含量的火山灰，其金屬含量高于安山灰。但是，由于安山灰具有更多的氣泡，因此其浸出的速度更快?？茖W(xué)家知道化學(xué)成分會(huì)影響火山灰的浸出，但懷格爾及其同事懷疑顆粒結(jié)構(gòu)也會(huì)影響骨灰的浸出率。

Wygel說：“我們想看看灰的形態(tài)如何影響浸出到環(huán)境中。”

在這項(xiàng)新研究中，研究人員從夏威夷，哥斯達(dá)黎加，阿拉斯加和冰島的四個(gè)火山中收集了樣本。每個(gè)火山主要噴出玄武巖或安第斯山脈的火山灰。研究人員測(cè)量了每個(gè)樣品的總表面積，并計(jì)算了灰燼中的氣泡。他們發(fā)現(xiàn)樣品的表面積大約是用標(biāo)準(zhǔn)幾何方法測(cè)量時(shí)的表面積的三倍。

他們發(fā)現(xiàn)表面積較大的灰燼顆粒浸出金屬的速度更快。在七天內(nèi)，水侵蝕了顆粒，使它們的表面積變小并改變了浸出率。研究人員在不同時(shí)間點(diǎn)進(jìn)行了表面積測(cè)量，以觀察水風(fēng)化對(duì)骨灰浸出率的影響。

來自哥斯達(dá)黎加火山圖里亞爾巴的安第斯山脈灰分具有最高的浸出率，這歸因于其高濃度的氣泡。圖里亞爾巴的灰燼最初以最快的速度浸出污染物。但是，夏威夷火山基拉韋厄火山的玄武巖灰分浸出了最大濃度的金屬。結(jié)果表明骨灰的浸出率和化學(xué)成分會(huì)同時(shí)影響環(huán)境。