Полезные статьи

Как эффективно использовать вулканический пепел?

Сейчас слова экология, экологическая чистота служат своеобразным символом качества. А слова синтетический или искусственный вызывают отторжение. В моде все натуральное, естественное. Даже недостатки натурального перестали быть недостатками, воспринимаются нами как показатель со знаком плюс.
В моде и экологически чистый образ жизни. Не в центре мегаполиса, а в своем доме за городом. Загородный дом становится особняком во всех смыслах этого слова. Стоит наособицу, посередине большого участка, выглядит оригинально, стильно и дорого, как снаружи, так и внутри.

Мода повышает интерес к инновационным материалам в дизайне интерьера. Все производители отделочных материалов в большей или меньшей степени занимаются разработками такого рода продукции. Хотя на первом месте в разработке материалов будущего, как правило, оказываются японские компании.

Материалы будущего должны совмещать прочность, износоустойчивость, практичность, долговечность и экологичность, а дизайнеры предпочитают работать с материалами природными, на 90%- 100% натуральными.

Таким материалом является вулканическая штукатурка. Разработана она, конечно, в Японии. Чего- чего, а уж вулканов там хватает. Основной составляющей является вулканический пепел.
Эта штукатурка полностью адсорбирует неприятные запахи. В доме с таким покрытием стен можно спокойно курить, разводить экзотических, но не совсем аккуратных домашних зверушек. Ничем пахнуть не будет.

Вредные и токсичные вещества, которые, к сожалению, используются при изготовлении строительных материалов, таких как ДСП, МДФ, тоже будут не страшны. Вулканическая штукатурка максимально полно поглощает формальдегид и фенол. Здоровая атмосфера в стенах дома, покрытых этим материалом, гарантированно обеспечена.

Производители утверждают, что частицы вулканического пепла создают отрицательно заряженные ионы. Покроете штукатуркой стены и будете наслаждаться горным или лесным воздухом, не выезжая в горы и не выходя в лес, а просто сидя в четырех стенах. Главное, чтобы стены были покрыты инновационным отделочным средством.

Покрытие сохраняет постоянный, комфортный для человека, уровень влажности. То есть, в сыром помещении будет впитывать лишнюю влагу, а в сухом - выделять.

Этот материал не горит. Так и хочется процитировать классический советский фильм: «Все уже сгорело до нас», - во время извержения вулкана. При сверхвысоких температурах породы кальцинируются, приобретая естественную негорючесть. Изготавливается штукатурка без термообработки, следовательно, отсутствуют выбросы СО 2, а утилизации не нанесет вреда природе, использованное покрытие может быть просто зарыто в почву. Так что требования природоохранных организаций тоже удовлетворяются.

Таким образом, можно с полной уверенностью подтвердить слова нашего, еще не сложившего полномочия, президента: «Не надо бояться инноваций!» Новое всегда интересно.

Свершилось! Темные свернулися листы;
На легком пепле их заветные черты
Белеют... Грудь моя стеснилась. Пепел милый,
Отрада бедная в судьбе моей унылой

(А.С. Пушкин, Сожженное письмо)

Серый, невзрачный порошок – пепел (зола) наводит нас на грустные мысли о чем-то сгоревшем. Это нечто, сгоревшее, уже никогда не возродится в первозданном виде. Вот и Пушкин, сжигая свое письмо, по сути, сжигал следы своей любви. Это к слову. Не будем «посыпать голову пеплом» и впадать в крайнюю степень отчаяния о сгоревшей любви, разговор о продукте, который производится при сожжении.

Речь пойдет о вулканическом пепле , что это за продукт и откуда он берется в таком количестве.

Когда я читаю новостные отчеты очевидцев об извержении того или иного вулкана, то меня всегда настораживает одно обстоятельство: откуда такое громадное количество пепла выбрасывается из жерла? Что сгорает в огненной магме, когда вокруг сплошной огонь?

Чтобы разобраться в процессах горения, сначала разберемся с продуктом, получаемым при этом – пеплом.

Обратимся к популярным источникам, как они трактуют понятие: вулканический пепел.

«Вулканический пепел – продукт измельчения и распыления вулканическими взрывами жидких или твердых лав. Состоит из частиц пыли и песка диаметром до 2 мм» (Большой Энциклопедический словарь) .

«Вулканический пепел – мелкие частицы ЛАВЫ, выброшенные вулканом при извержении. Конус сложных вулканов состоит из чередующихся слоев лавы и пепла …» (Научно-технический энциклопедический словарь) .

«Вулканический пепел – (a. volcanic ash, cinder; н. Vulkanasche; ф. cendre volcanique; и. ceniza volcanica) пирокластич. материал (тефрa) c размером частиц менее 2 мм, образующийся в результате дробления вулканич. взрывами извергающейся жидкой лавы и слагающих…» (Геологическая энциклопедия») .

А теперь обратимся к источникам, которые говорят о самих извержениях вулканов.

А был ли пепел?

1. «6 июня 1912 года началось самое сильное извержение вулкана Новарупта. Пепловая туча поднялось на высоту почти 20 километров. Пепел падал в течение 3 дней. Почти 33-сантиметровый слой пепла покрыл землю. Люди укрывались в подвалах домов, здания рушились под действием тяжелого пепла. 9 июня извержение вулкана прекратилось, к тому времени пепловая туча распространилась вдоль южной Аляски, большей западной части Канады и нескольких штатов США. 19 июня пепловая туча дошла до Африки. В результате извержения Новарупты появилась самая обширная долина залегания застывших пирокластических потоков протяженностью более 120 км. Роберт Григгс назвал ее «Долиной 10 тысяч курильщиков» .
2. «Безымянный (п-ов Камчатка). 30 марта 1956 года гигантский взрыв снес его верхнюю часть. Тучи пепла взметнулись вверх почти на 40 километров. Из кратера вырвалась мощная струя раскаленного газа и пепла, которая выжгла всю растительность на 25 километров вокруг. В результате взрыва Безымянного вулканический пепел разнесло на расстояние 400 км в радиусе, а сам вулкан понизился почти на треть километра» .
3. «Сент-Хеленс, США, штат Вашингтон (высота 2250 метров, проявляет активность с 1980 года). Самое разрушительное извержение: в 1980 году Сент-Хеленс без предупреждения рванул так, что треть горы разнесло в клочья, а вместо идиллической заснеженной макушки появился кратер. Звук от взрыва был слышен за 1000 км. Облако раскаленной пыли, пепла и газа высотой 26 км затмило солнце. Оседающий пепел метровым слоем покрыл территорию четырех штатов» .
4. Индонезийские вулканы Тамбора и Кракатау известны своими катастрофическими извержениями. После извержения Тамборы 10-11 апреля 1815 г. климатические условия поменялись настолько, что жители Земли остались без лета. «Год без лета», «год нищеты»: так называют 1816 год с необычайно холодным летом, погубившим урожай в Европе, Канаде и США. «Взрыв вулкана был слышен в 2600 км от него, а пепел выпал, по меньшей мере, в 1300 км от Тамборы. Кромешная тьма в течение двух-трёх дней стояла даже в 600 км от вулкана. Пирокластические потоки распространились, по крайней мере, на 20 км от вершины Тамборы. Тяжёлые пепельные облака рассеялись через 1-2 недели после извержения, но мельчайшие частицы пепла продолжали находиться в атмосфере на протяжении от нескольких месяцев до нескольких лет на высоте 10-30км. Ветры распространили эти частицы по всему миру, создавая редкие оптические явления». .

Примерно такой же сценарий возник после извержения Кракатау в 1883 году. Более 40 тысяч погибших, более 800 тысяч квадратных километров территории были засыпаны пеплом. Пепловое облако закрыло Солнце и два раза обогнуло земной шар! «Значительное количество вулканического пепла оставалось в атмосфере на высотах до 80 км в течение нескольких лет и вызывало интенсивную окраску зорь» .

Вулканический пепел – рыхлая тонкообломочная порода (размер зёрен 0,05 - 2 мм), в состав которой входят частицы вулканического стекла, кристаллики породообразующих минералов обломки горных пород.

Если пепел состоит из распыленной лавы, о чем сказано в авторитетных источниках, то он витать в воздухе долго не будет. Застывшие мелкодисперсные лавовые шарики, из-за малой парусности, быстро осядут на землю. Основная часть упадет к подножию вулкана, смешавшись с земными продуктами, превратится в тефру.

Витать и парить в воздухе будет пепел, который получил А.С. Пушкин в своей лабораторной пепельнице, заметьте, поэт говорит о «легком пепле».

В случае образования так называемых палящих туч, светящихся ночью, могут присутствовать также крупные частицы, но по мере охлаждения, все тяжелые частицы быстро осядут на поверхность земли.

Тогда откуда и в таком огромном количестве берется этот пепел, витающий в атмосфере в виде огромных шлейфов и туч?

Для анализа придется спуститься под земную кору, где эпизодически возникают очаги землетрясений.

Читателю совершенно не понятно для чего я связываю такие разные явления как производство пепла и землетрясения. Как всегда, в таких случаях, необходимо искать завуалированного посредника. В данном случае – которые я признал виновными в возникновении землетрясений.

Большинство землетрясений возникает на глубинах от 10 до 70 км, что фактически означает: очаги зарождения землетрясений находятся под земной корой и в непосредственной близости от нее.

Как указывалось ранее, что все землетрясения – это результат нестабильных, переходных процессов в мантии. А управляет этими процессами магма, которая, несмотря на сильное давление, снизу и трение сверху, довольно свободно движется под земной корой. Вопрос: почему?

Ответ тривиальный: между мантией и корой присутствует слой «смазки» – в качестве которой выступает пепел! Это тот самый слой Мохоровичича (поверхность Мохо), открытый в 1909 году.

Что это за слой и из чего он состоит? Читайте в следующей статье.

Природа, как всегда, весьма изобретательна и эффективна. Из школьного курса физики мы знаем, что легкие тела (частицы) всегда всплывают на поверхность, а тяжелые опускаются на дно. Слой Мохо находится на поверхности мантии, на самом ее верху. Исходя из школьных знаний и следуя логике, можно сразу предположить, что в слое Мохо располагаются самые легкие частицы вещества Земли.

Насчет вопроса: «А был ли пепел?» Есть однозначный ответ: пепел был! И будет! Согласно данным горной энциклопедии, ежегодно вулканы Земли выбрасывают в среднем около 3·10 9 тонн! вулканического пепла. Но откуда его такое огромное количество под земной корой?

В земных условиях мы знаем, что пепел – это продукт сгорания каких либо веществ, например древесины в костре. А из того же курса физики известно, что горение – это процесс окисления. Что горит в недрах Земли, если там равномерно расплавленная магма? И что является источником огня, когда по факту вокруг сплошной огонь? Тогда, согласно логике, все вещество в недрах Земли должно выгореть и превратиться в пепел. Но коли этого не произошло за 4,6 миллиарда лет, то можно утверждать, что окислителя в недрах Земли весьма мало! Попутно заметим, что пепел из вулкана вылетает первым продуктом, а уже потом изливается лава.

Понятно, что в начале любого вулканического извержения, выбрасывается материал, лежащий на поверхности магмы, а затем уже и сама магма, превращающаяся, после дегазации, в лаву.

Первоначальная скорость газопылевого потока велика, поэтому вместе пеплом вылетают довольно крупные аэрозольные частицы лавы.

Повторим вопрос: откуда под земной корой столько пепла?

Ответ я нахожу на поверхности, теперь уже знаний: пепел образуется в процессе разрядов подземных молний. А поскольку пепла под корой скопилось огромное количество, то это говорит только об одном – о беспрерывном его производстве. Технология данного производства называется электроразряд – молния! Электроразрядная машина планеты не останавливается ни на секунду, которая, с одной стороны, а с другой – создает землетрясения! Попутно продуцирует пепел, пополняя его запасы. Поэтому, с точки зрения утилизации пепла, как продукта земных отходов, вулканизм – это благо! Особенно «эффективно» и производительно электроразрядная машина начинает работать во время извержения вулкана. Как правило, извержение сопровождается многочисленными землетрясениями, которые возникают от подземных молниевых разрядов. Каждый разряд молнии вносит свой вклад и в образование пепла. Молния разогревает, дробит и превращает каменный материал в пепел, а силы давления выбрасывает его на поверхность в огромном количестве.

Повторюсь, вулканический пепел – это продукт сожжения, измельчения и распыления жидких или твердых лав не вулканическими взрывами, а подземными молниями, в том числе и вулканическими молниями.

На подземных молниях построены мои гипотезы образования магнитного поля, землетрясений, которые описаны в предыдущих статьях, а производство пепла – есть подтверждение этих гипотез.

Извержения вулканов, землетрясения – это признаки полноценной жизни планеты Земля. Это признаки того, что наша планета находится в стадии самонагревания, т.е. по сути ее роста. Поэтому, землетрясения и вулканизм следует отнести как полезные для планеты Земля процессы. Если эти процессы прекратятся, например как на Марсе, то Земля будет быстро стареть и постепенно превращаться в безжизненную планету. С этой точки зрения, Марс для колонизации бесперспективная идея.

Везувий – самый опасный вулкан

На берегу Неаполитанского залива, в пятнадцати километрах от Неаполя, в одном из живописнейших мест планеты расположился вулкан Везувий. Вулкан является единственным действующим вулканом на территории континентальной Европы. Наиболее сильное извержение Везувия произошло двадцать четвертого августа семьдесят девятого года нашей эры. Извержение имело страшную разрушительную силу, которая смела с лица земли древнеримские города Стабии, Помпеи и Геркуланум. Многие жители Помпеи поняли, что надвигается катастрофа, и вовремя покинули свои дома. Часть из них отказывалась верить в то, что дни города сочтены и надеялись на чудо, но оно не произошло. Все жители, не успевшие покинуть город, погибли и были похоронены под трехметровым слоем сажи и пепла. Во время извержения вулкана в Помпеях погибло более двух тысяч человек. Раскопки, которые ведутся в наши дни, открывают все новые и новые детали катастрофы: археологи постоянно находят тела погибших в те страшные дни.

Самое большое извержение 20-го века произошло в 1906 году. Интересная деталь, потоки лавы устремились в сторону города Торе Аннуциата и были остановлены стеной городского кладбища. В то же время, город Оттавиано был полностью разрушен и получил имя «новых Помпей». 105 человек, молившиеся о спасении в церкви Сан Джузеппе Везувиано, были погребены под сводами обрушившейся крыши.

В настоящее время вулкан Везувий снова «зарос» жилищными строениями. Притом, постройки растут как грибы и городские власти не справляются или не хотят заниматься такими постройками.

Везувий – самый опасный вулкан в мире. В его окрестностях проживает около 3-х миллионов человек. Это наиболее плотно населенная вулканическая область в мире.

В случае внезапного извержения вулкана картина Брюллова «Последний день Помпеи» может повториться. Несмотря на развитие автомобильного транспорта, люди у подножия вулкана погибнут, т.к. не смогут выехать из-за пробок на дорогах. В будущем, через много лет после извержения Везувия, появится на свет новый Брюллов и вновь создаст полотно под названием «Последний день Новой Помпеи!»

Источники

1. Вулканический пепел, Большой Энциклопедический словарь, http://dic.academic.ru/dic.nsf/enc3p/93922

2. Вулканический пепел, Научно-технический энциклопедический словарь, http://dic.academic.ru/dic.nsf/ntes/882

3. Вулканический пепел, Геологическая энциклопедия, http://dic.academic.ru/dic.nsf/enc_geolog/973

4. Вулкан Новарупта, (Аляска) http://portalsafety.at.ua/news/vulkany_ognennogo_kolca_zemli_prosypajutsja/2012-05-06-1669

5. Вулканы и гейзеры Камчатки, http://www.kamchatsky-krai.ru/geography/volcanoes/kluchevskaya-gruppa.htm

6. Действующие вулканы, http://gorod.afisha.ru/archive/deystv_vulkani/

7. Википедия, http://ru.wikipedia.org/wiki

8. Русанова А.А., Справочник по пыле и золоулавливанию, Энергия, М., 1975

Журнал новостей и скандалов

Вулканический пепел: опасность для человека

Среди опасностей, которые несут в себе извержения вулканов, вулканический пепел считается одной из самых коварных и разрушительных.

Вулканический пепел – одна из неприятных и опасных составляющих извержений вулканов. Он может состоять как из крупных кусочков, так и из мелких частиц размером с песчинку. Для порошкообразных материалов используют термин «вулканическая пыль», что, впрочем, не умаляет их угрозу для человека и окружающей среды.

Свойства вулканического пепла

На первый взгляд, вулканический пепел выглядит как мягкий, безвредный порошок, но на самом деле это каменный материал с твердостью 5+ по шкале Мооса. Он состоит из частиц неправильной формы с неровными краями, благодаря чему обладает высокой способностью повреждать авиационные окна, раздражать глаза, вызывать неполадки движущихся частей оборудования и много других проблем.

Вулканические частицы очень малы по размеру и отличаются везикулярной структурой с многочисленными полостями, в силу чего имеют относительно низкую плотность для каменного материала. Это свойство позволяет им подниматься высоко в атмосферу и распространяться ветром на большие расстояния. Они не растворяются в воде, а при намокании образуют суспензии или грязь, которая после высыхания превращается в твердый бетон.

Химический состав пепла зависит от состава магмы, из которой он образуется. Учитывая, что наиболее распространенными элементами, найденными в магме, являются диоксид кремния и кислород, в большинстве случаев пепел содержит в себе частицы кремния. В золе от базальтовых извержений находится 45–55 % диоксида кремния, богатого железом и магнием. При взрывоопасных риолитовых извержениях вулканы выбрасывают пепел с высоким содержанием кремнезема (более 69 %).

Образование пепельных колонн

Пепел вулкана Сент-Хеленс

Некоторые виды магмы содержат огромное количество растворенных газов, которые во время извержения вулкана расширяются и вырываются из жерла вместе с небольшими магматическими частицами. Устремляясь вверх в атмосферу, эти газы захватывают с собой пепел и горячие водяные пары, образуя колонны. Так, при извержении вулкана Сент-Хеленс взрывное высвобождение горячих вулканических газов породило гигантскую колонну, которая поднялась на высоту 22 км менее чем за 10 минут. После этого сильные ветры за 4 часа унесли ее к городу Спокан, расположенному в 400 км от жерла, а за 2 недели вулканическая пыль облетела вокруг Земли.

Влияние вулканического пепла

Вулканический пепел представляет большую опасность для людей, имущества, машин, городов и окружающей среды.

Влияние на здоровье человека

Наибольшую угрозу он несет здоровью человека. У людей, оказавшихся под пеплопадом, появляется кашель, дискомфорт при дыхании, развивается бронхит. Побочные действия извержения можно уменьшить благодаря использованию высокоэффективных респираторов, однако по возможности воздействия золы следует избегать. Долгосрочные проблемы могут включать в себя развитие такого заболевания, как силикоз, особенно если зола отличается большим содержанием кремнезема. Сухой вулканический пепел попадает в глаза и вызывает их раздражение. Наиболее острой такая проблема является для людей, которые носят контактные линзы.

Влияние на сельское хозяйство

После выпадения пепла животные испытывают те же неприятности, что и люди. Домашний скот подвержен раздражению слизистых и дыхательным заболеваниям, но к этому могут прибавиться еще и болезни пищеварительной системы – в том случае, если животные питаются на пастбищах, покрытых вулканическими частицами. Слой золы толщиной в несколько миллиметров, как правило, не вызывает серьезный ущерб сельскохозяйственных площадей, а вот более толстые скопления могут повредить культуры или вовсе их уничтожить. Мало того, они повреждают почву, убивая микрофитов и блокируя поступление в грунт воды и кислорода.

Воздействие на здания

Одна часть сухой золы по массе равна примерно десяти частям свежего снега. Большинство строений не предназначены для поддержки дополнительного веса, поэтому слой вулканического пепла большой толщины на крыше здания может перегрузить его и привести к обрушению. Если сразу же после выпадения пойдет дождь, это только усугубит проблему, увеличив нагрузку на кровлю.

Вулканический пепел может заполнить водостоки зданий и забить водосточные трубы. Зола в сочетании с водой вызывает коррозию металлических кровельных материалов. Мокрый пепел, накапливающийся вокруг внешних электрических элементов домов, приводит к удару током. Нередко после выбросов нарушается работа кондиционеров, поскольку мелкие частицы забивают фильтры.

Влияние на связь

Вулканический пепел может иметь электрический заряд, который препятствует распространению радиоволн и других передач, передаваемых по воздуху. Радио, телефоны и GPS-оборудование теряют возможность посылать или получать сигналы в непосредственной близости от вулкана. Также зола повреждает физические объекты, такие как провода, башни, здания и приборы, необходимые для поддержки связи.

Влияние на наземный транспорт

Первоначальное воздействие пепла на перевозки – это ограничение видимости. Зола блокирует солнечный свет, поэтому среди бела дня становится темно, как ночью. Кроме этого, всего лишь 1 миллиметр пепла может скрыть дорожную разметку. Во время езды мелкие частички захватываются воздушными фильтрами автомобилей, а также попадают в двигатель и повреждают его составляющие.

Вулканический пепел оседает на лобовые стекла автомобилей, вызывая необходимость использования дворников. Во время очистки абразивные частицы, попадающие между ветровым стеклом и стеклоочистителем, могут поцарапать окно. Во время дождя пепел, оседающий на дорогах, превращается в слой скользкой грязи, в результате теряется сцепка колес и асфальта.

Воздействие на воздушные перевозки

Современные реактивные двигатели перерабатывают огромные объемы воздуха. Если вулканический пепел втягивается в двигатель, то нагревается до температуры выше, чем температура его плавления. Расплавленная зола прилипает к внутренним частям двигателя и ограничивает поток воздуха, увеличивая вес самолета.

Абразивная структура пепла вулкана оказывает негативное воздействие на лайнеры, пролетающие в зоне извержения. На больших скоростях частицы золы, попадающие на лобовое стекло самолета, могут сделать его поверхность матовой, в результате пилот потеряет видимость. Пескоструйная обработка может также удалить краску на носу и кромках крыльев. В аэропортах проблемы возникают со взлетно-посадочными полосами – под пеплом скрывается маркировка, шасси самолета теряют сцепление при посадке и взлете.

Влияние на системы водоснабжения

Системы водоснабжения могут быть загрязнены пеплопадами, поэтому перед употреблением воды из рек, водохранилищ или озер проводится тщательная очистка взвеси. В то же время обработка воды с загущенным абразивным материалом может повредить насосы и оборудование для фильтрации. Зола также вызывает временные изменения химического состава жидкости, приводит к снижению рН и увеличению концентрации выщелоченных ионов – Cl, SO4, Na, Ca, K, Mg, F и многих других.

Таким образом, населенные пункты, расположенные вблизи или с подветренной стороны от вулканов, должны учитывать потенциальное воздействие вулканического пепла, разрабатывать пути борьбы с ним и минимизации его последствий. Гораздо проще принять меры заранее, нежели при извержении получить массу труднорешаемых проблем.

Известно, что в составе твердых вулканических выбросов кроме извержений гавайского типа преобладают измельченные пирокластические материалы, доля которых ко всей массе твердых выбросов достигает 94-97%. По оценке Заппера, за время с 1500 по 1914 г. вулканами на суше выброшено 392 км 3 лавы и рыхлых масс, главным образом пеплов. Доля рыхлых масс за это время в выбросах составила в среднем 84%. Характерно также то, что при выбросах образуются огромные массы чрезвычайно тонких пеплов. Такие пеплы могут длительно оставаться в воздухе во взвешенном состоянии. При извержении Кракатау в 1883 г. пеплы много раз обошли вокруг Земли, прежде чем полностью осели. Мельчайшие частицы пепла поднялись при этом на большую высоту, где находились несколько лет, вызывая красные зори в Европе. При извержении вулкана Безымянного на Камчатке пеплы уже на второй день выпали в районе Лондона, т. е. на расстоянии свыше 10 тыс. км . С точки зрения выпадения твердого вещества вулканических извержений из водных, главным образом надкритических, растворов, поднимающихся из дренажной оболочки, такое соотношение между массами твердого и рыхлого вещества вулканических выбросов совершенно понятно. Действительно, растворы, поднимаясь по каналу из дренажной оболочки, где они находились под давлением до 2-4 тыс. атм, теряют давление, расширяются иохлаждаются. Вследствие этого из растворов выпадают растворенные в них вещества, образуя вначале жидкие, а по мере извержения густеющие массы концентратов. Эти массы, по-видимому, в наибольшей мере накапливаются у устья того канала, по которому поднимаются водные растворы. По мере накопления этих масс и расширения канала паровой поток начинает захватывать и по дороге измельчать выпавшие из растворов массы. В зависимости от скорости движения струи пара и его температуры и плотности, а также в зависимости от особенностей химического состава выпадающих густых масс вещества оно дробится на более или менее мелкие частицы, которые уносятся с облаком и выпадают затем из него.

Установлено, что пеплы, выпадающие из пепловых облаков, имеют различный ситовый состав как в зависимости от интенсивности извержения, так и в зависимости от расстояния до места выпадения пепла. Вблизи вулканов выпадают крупные фракции пеплов с размерами отдельных частиц до 3-5 мм; чем дальше уходят пепловые облака, тем меньше размер пепловых частиц. Вместе с тем известно, что пеплы, выпадающие на расстояниях до 100 км и более, еще имеют сложный ситовый состав. Это, по нашему мнению, свидетельствует о том, что во время перемещения пеплового облака происходит не только фракционирование уже имеющихся частиц пепла, но и образование новых частиц, поскольку тонкие пеплы, находящиеся во взвешенном состоянии, обладают способностью образовывать конгломераты, которые затем превращаются в плотные цементированные шарики, называемые пизолитами, или окаменевшими дождевыми каплями. Происхождение особенно мелких пеплов, которые длительное время находятся в воздухе и переносятся на очень большие расстояния, скорее всего связано с выпадением их непосредственно из горячего парового облака по мере его охлаждения. Из жерла вулкана вверх выбрасывается струя горячего пара, имеющего температуру до 400-450° С. В таком паре даже при нормальном давлении находятся растворенные вещества, хотя и в невысокой концентрации. При дальнейшем охлаждении парового облака из него выпадают растворенные вещества в виде частиц, имеющих размеры, приближающиеся к размерам молекул. Такие частицы пепла могут удерживаться в воздухе неограниченное время.

Таким образом, преобладание пеплов и образование весьма дисперсных материалов в вулканических выбросах удовлетворительно объясняются выпадением их из водных, в том числе надкритических и паровых, растворов, выбрасываемых в атмосферу. Такое происхождение пеплов объясняет некоторые специфические особенности их состава.

Известно, что по мере перемещения пеплового облака на все большие расстояния от вулканического кратера из него выпадают пеплы неодинакового химического состава. Даже совершенно одинаковые по ситовому составу фракции пеплов заметно изменяются по химическому составу в зависимости от длительности пребывания частиц пепла в облаке. Эту зависимость обычно связывают с расстоянием от вулкана. Но дело тут, конечно, не в пути, а во времени. Особенно заметны изменения содержания в пеплах железа, магния, марганца, олова, ванадия и других элементов, которое, как правило, растет по мере удаления от кратера вулкана.

Весьма существенной особенностью процессов, которые приводят к росту содержания перечисленных элементов в пеплах, является то, что они изменяют химический состав пеплов только в тонкой поверхностной пленке каждой частицы пепла. Толщина химически измененной пленки достигает 10 -4 -10 -6 см . И. И. Гущенко, изучавший пеплы Северной Камчатки, отмечает, что они обладают хорошо выраженной сорбционной способностью и что мелкозернистый пепел сорбирует наибольшие количества анионов SO 4 -2 и НСО 3 - , а грубозернистые пеплы лучше сорбируют ион хлора. На темноцветных и рудных минералах пеплов предпочтительно сорбируются SO 4 2- , HCO 3 - , Na + , K + , Mg 2+ . На плагиоклазах и стекле пеплов лучше сорбируются Cl - , Ca 2+ , Fe 3+ , P 5+ , М n 2+ . Содержание таких элементов, как Fe , Ti , Mg , Mn , в сорбционных пленках составляет до 35 и даже до 75% от валового содержания этих элементов в пеплах. И. И. Гущенко показал также, что содержание магния в пеплах вулкана Безымянного увеличивается в 12-30 раз за время перемещения облака на расстояние 90 км от вулкана. Он же приводит данные, показывающие, что в пеплах вулкана Гекла, выпавших 29 марта 1947 г., на расстоянии 3800 км от него содержание MgO и К 2 О увеличилось в 4 раза, а СаО, Р 2 О 5 , Ti О 2 и А1 2 О 3 - на 40-60% по отношению к содержанию этих элементов в пирокластическом материале, выпавшем в 10 км от вулкана.

Химический состав пеплов и особенно их поверхностных сорбционных пленок отличается от среднего состава пород коры суши и океана присутствием и повышенным содержанием многих элементов, таких, как Ga , V , Си, Со, Ni , Cr , Sr , Ba , Zr , U , Th и др.

К специфическим особенностям вулканических пеплов относится и то, что в состав пеплов входит стекловидный материал. Доля стекла в пеплах колеблется от 53 до 95%, что свидетельствует о быстром переходе частиц, образовавших пеплы, из жидкого в твердое состояние.

С точки зрения выпадения вулканических пеплов из водных растворов, вырывающихся из дренажной оболочки земной коры, все эти очень интересные особенности пеплов не только являются необъяснимыми, а наоборот, они совершенно естественны и понятны.

Как было отмечено выше, различные малолетучие соединения в соответствии с изменением растворимости, которая зависит от температуры, давления и фазовых переходов растворов при критических температурах, по-разному распределяются между паровой, жидкой и твердой фазами. Несмотря на то, что экспериментальными исследованиями еще почти не затронуто изучение таких сложных систем, какими могут быть системы, образующие растворы, заполняющие дренажную оболочку земной коры, можно понять некоторые закономерности перехода тех или иных компонентов из растворов в твердое состояние при образовании пеплов и перемещении их вместе с облаком.

Процессы эти и их очередность представляются в таком виде.

Облака водяных паров, которые образуются над жерлом вулкана при большой скорости выбросов многих миллионов тонн пара, имеют высокую температуру. Поэтому твердое вещество содержится в облаках пара не только в виде частиц пепла, но и в растворенном состоянии. По мере удаления облака от места извержения оно увеличивается в объеме и охлаждается. Охлаждение паров от 350-450 до 0° С приводит к выпадению в твердом состоянии тех компонентов, которые находятся в горячем паре. Эти мельчайшие твердые частицы могут конденсировать на себе пленки жидкой воды, могут прилипать или сорбироваться на более крупных частицах пепла и образовывать на них тончайшие сорбционные пленки, характерные для пеплов.

Без экспериментальных данных трудно судить о температуре пара в пепловых облаках над вулканом и на пути, который облака проходят, поднимаясь кверху и уходя вдаль. Однако, судя по явной зависимости химического состава тонких поверхностных, сорбционных пленок от расстояния, на котором пеплы выпадают, можно считать, что охлаждение протекает достаточно длительно. Вероятно и то, что после прекращения выпадения растворенных в паре веществ происходит дальнейшее изменение состава поверхностной пленки крупных частиц пепла. Они сорбируют из облака те тонко рассеянные примеси, которые могут иметь противоположный заряд.

С точки зрения гипотезы образования пепловых облаков из надкритических растворов дренажной оболочки эти факты очень важны, ибо в этом случае обязательны процессы образования пеплов и мельчайшей пыли, которая сорбируется на более крупных частицах пеплов, образуя сорбционные пленки.

Другие гипотезы происхождения парового облака не могут объяснить присутствия в облаке элементов, сорбирующихся на пепловых частицах. Они тем более не могут объяснить чрезвычайно широкую гамму этих элементов. В таком широком ассортименте рассеянные, в том числе радиоактивные, элементы, как правило, не встречаются ни в лаве, ни в магматических породах, ни тем более в породах, слагающих толщу земной коры. Поэтому широкий ассортимент элементов в сорбционной пленке на пепловых частицах является одним из наиболее убедительных свидетельств в пользу гипотезы, связывающей происхождение пепловых облаков с растворами дренажной оболочки. Эту же связь подтверждает широкий набор летучих компонентов, выбрасываемых вулканами, фумаролами и другими источниками. В их число, как известно, входят: СО, СО 2 , SO 2 , H 2 S , CSO , N 2 , N 2 O 3 , N 2 O 5 , NO 3 , NH 4 Cl , PH 3 , CH 4 , Kr , Xe , Ne , He , H 2 , Se , SiF 4 , H 3 BO 3 и многие другие, летучие с хлором, бором, серой и фтором соединения. О широком наборе элементов в растворах дренажной оболочки свидетельствуют также солевой состав океана и особенно сложный состав железомарганцевых и фосфорных конкреций.

По рецепту древних римлян:

примесь вулканического пепла делает бетон стабильнее и вместе с этим экологичнее. Если заменить составляющие цемента измельченной вулканической породой, то это позволит снизить потребление энергии и выброс СО2 при производстве строительных материалов почти на 20 процентов, считают исследователи. Еще один плюс: богатые залежи вулканического пепла есть по всему миру.

Бетон и его главную составляющую – цемент – можно назвать важнейшими строительными материалами для человечества. Редко какой материал использовали так часто. Но у цемента есть теневая сторона: при обжиге известняка выделяются огромные количества двуокиси углерода (CO2), в то же время производство требует больших объемов энергии. По оценкам, около 5 процентов выбросов СО2 приходится на производство цемента.

Учёные со всего мира ищут способы сделать бетон более экологичным. Особенно многообещающей кажется замена минимум одной составляющей цемента альтернативными материалами. Это может быть, например, примесь углеродных нанотрубок, которая способна сделать бетон стабильнее, или даже измельчённый пластиковый мусор.

Тест римского рецепта

Группа учёных под руководством Кунала Купваде-Патила из Массачусетского технологического института подсмотрели технологию у древних римлян. Более 2000 лет назад античные строители примешивали к бетону и цементу вулканический пепел, чтобы повысить долговечность и водостойкость зданий. Имеет ли римский бетон преимущества в отношении выброса СО2 и энергопотребления, до сих пор было неизвестно.

Чтобы выяснить это, учёные протестировали различные рецепты изготовления бетона с использованием вулканического пепла. Для этого они измельчили вулканическую породу в порошок разного размера и заменили им от 30 до 50 процентов цемента в бетоне. Тесты на физическую устойчивость позволили изучить стабильность материала и рассчитать, сколько энергии требуется для производства, и сколько СО2 будет при этом выброшено.

Меньше энергии для производства бетона

Результат:

так же, как и во времена древних римлян, вулканический пепел положительным образом повлиял на стабильность бетона.

Чем тоньше был измельчён пепел, тем прочнее и устойчивее становился бетон. Однако, при более тонком измельчении энергоёмкость производства увеличивается. Но всё же замена цемента вулканическим пеплом улучшает общий энергетический баланс.

Во время теста, когда 40 процентов цемента заменили на тонко измельчённый вулканический пепел, энергопотребление снизилось на 16 процентов.

«Для производства цемента требуется большое количество энергии, так как ему необходимы высокие температуры, и оно представляет собой многоступенчатый процесс», — объясняет Стефани Чин из Массачусетского технологического института.
«Вулканический пепел уже образован при сильном жаре и высоком давлении – природа взяла на себя проведение нужных химических реакций».

Цемент с вулканическим пеплом для строительства жилых домов

Какое значение эта экономия имеет для целых зданий и жилых блоков, исследователи изучили на примере квартала города в Кувейте. Для 13 жилых и 13 коммерческих зданий они определили количество используемого бетона и рассчитали энергетический баланс. С помощью расчётных моделей учёные протестировали, как изменится количество необходимой энергии, если заменить до 50 процентов цемента измельчённым вулканическим пеплом.

Результат:

реализованная в лабораторных условиях экономия энергопотребления может быть использована целыми зданиями и кварталами.

По данным исследователей, благодаря добавлению вулканического пепла при строительстве 26 зданий потребовалось на 16 процентов меньше энергии. Значит, с помощью «римского рецепта» можно уменьшить выбросы СО2 и сэкономить электроэнергию.

К тому же, каменные образования вулканического пепла встречаются во многих частях мира — как возле активных вулканов, так и в местах первобытной вулканической активности. Так как этот материал раньше почти не использовался, его залежи довольно богаты и доступны.