Восполнение пробела в данных о влиянии вулканического пепла на системы Земли

Вулканический пепел — это не обычная пыль: он выбрасывается в атмосферу, поднимается в стратосферу, влияет на климат, покрывает дороги и забивает реактивные двигатели. Чтобы преодолеть разрыв в знаниях между вулканологами и специалистами по атмосферным наукам, исследующими изменение климата и глобальные системы, исследователи из Корнеллского университета охарактеризовали образцы вулканического пепла из множества взрывных извержений широкого композиционного диапазона. Эта работа помогает ученым понять, как этот крошечный материал, измеряемый в микронах и нанометрах, играет большую роль в атмосфере.

Работа "Фазы в мелком вулканическом пепле" была опубликована 21 сентября в журнале Scientific Reports. Крупные вулканические извержения могут оказывать измеримое воздействие на климат, длящееся годы или даже десятилетия. Дисперсия и перенос мелкого вулканического пепла и его взаимодействие с Землей затрагивают различные дисциплины — от атмосферных наук и климатического моделирования до экологических исследований и даже общественного здравоохранения.

Пепел — это сложный частичный материал, образующийся при фрагментации магмы и выбрасываемый в атмосферу во время взрывных извержений. Из-за недостатка данных научное сообщество полагалось на грубые приближения или несовершенные модели состава пепла. Теперь группа из Корнелла собрала образцы из 40 извержений, охарактеризованных по размеру и тектоническому фону, чтобы предоставить более качественный и всесторонний набор данных. Они сосредоточились на частицах пепла размером менее 45 микрон, которые атмосферные ветры могут переносить на большие расстояния.

Они обнаружили, что состав вулканического пепла значительно варьируется в зависимости от размера зерен, тектонической обстановки и химии. С уменьшением размера частиц увеличивалась доля кристаллического кремнезема (который при вдыхании может вызывать заболевания и рак легких) и солей, в то время как содержание стекла и оксида железа уменьшалось. В просеянных образцах из 23 вулканов, таких как Пинатубо (1991), Сент-Хеленс (1980), Этна (122 г. до н.э.) и Ла-Пальма (2021), группа использовала рентгеноструктурный анализ и сканирующую электронную микроскопию для идентификации и измерения пропорций минералов и стекла.

Содержание минералов в образцах сильно различалось: пепел Пинатубо содержал много полевого шпата и амфибола, а также кварц, что свидетельствует об эволюции расплава перед извержением. На другом конце спектра, извержения Тахогайте в 2021 году на Ла-Пальме дали пепел, в основном состоящий из полевого шпата, клинопироксена и оливина — последний является минералом, характерным для примитивных расплавов. Для образцов с Ла-Пальмы среднее количество стекла уменьшилось с 50% до 35%, а доля плотных железосодержащих минералов увеличилась с 35% до 50%. Соли увеличивались для более мелких частиц во всех случаях.

Исследование предоставляет первый ресурс на основе данных для лучшего определения минерального и стеклянного состава вулканического пепла и его плотности, необходимых атмосферным ученым для изучения переноса пепла и понимания его воздействия на систему Земли. Плотность пепла контролируется минеральным составом. Атмосферный пепел может преодолевать большие расстояния, влияя на климат и экосистемы даже на других континентах. Атмосферные ученые игнорировали влияние пепла на климат и биогеохимию. С этим исследованием у нас наконец-то есть данные для оценки этого воздействия.