Исследование состава вулканических газов icon

Исследование состава вулканических газов


Скачать 96.71 Kb.
НазваниеИсследование состава вулканических газов
Дата публикации21.09.2014
Размер96.71 Kb.
ТипИсследование

Газы


Вулканические газы


На Земле известно около 500 действующих вулканов, а еще больше потухших. Как показали исследования последнего времени, особенно много вулканов, главным образом потухших, на дне океанов. На дне Тихого океана обнаружены тысячи вулканов, что некоторые исследователи связывают с меньшей толщиной земной коры и близостью мантии.


Описаны случаи, когда потухшие вулканы возобновляют свою деятельность. Обычно вулканы, находядившиеся длительное время в состоянии покоя, проявляют себя изверженениями, мощность которых в некоторой мере пропорциональна периоду покоя. Примером этому служит катастрофическое извержение (после длительного спокойного состояния – в течение нескольких тысячелетий Везувия) в 79 г., описанное Плинием Младшим. Оно сопровождалось выделением огромных количеств газов, распылением миллионов тонн лавы, которая превращалась в в пепел и различной величины обломки. Тогда под слоем лавы толщиной в несколько метров и была погребена Помпея. Так же проявил себя и вулкан Безымянный, сильнейшее извержение которого на Камчатке произошло в 1955-1956 гг.


Выделение огромного количества газов, исчисляемого миллиардами кубометров, в атмосферу происходит также при извержениях подводных вулканов, например, при извержении подводного вулкана Капелиньюш на Западной оконечности о. Фаял, входящего в группу Азовских островов, в 1957-1958 гг. При этом большое количество газа растворяется и рассеивается в массе океанической воды.


Выделения газов из лав происходят либо с мощными взрывами газов, находящихся под большим давлением, либо более спокойно. Выделения газов из вулканов происходили на протяжении всей истории Земли поле ее разогрева. Роль этих выделений в геохимии природных газов очень велика.


Исследование состава вулканических газов началось еще в Х1Х веке (К. Сент-Клер Денилем, Р. Бунзеном, А. Тильденом, Ф. Фуке). Дальнейшие исследования (Г. Муссана, Е. Шеферда, А. Дея, Е. Алена и др.) показали, что позволили установить особенности химического состава вулканических газов в различных областях Земли Значительный вклад в решение вопрос внесли наши отечественные ученые, например, из лаборатории вулканологии АН СССР (Л. Баширина, С. Набоко, Б. Пийп, Л Сурнина и др), японские исследователи (И. Ивазаки, Т. Озава и др.). Накопленный материал позволяет выявить ряд общих закономерностей и особенностей состава и распределения вулканических газов.


1). Достоверно установленным фактом является высокая концентрация в вулканических газах паров воды, на долю которых приходится часто до 90-98 %. Это объясняется со значительной растворимостью воды в магме. Как подтверждено во второй половине ХХ века, в гранитном и базальтовом расплавах при высоком давлении может находиться в растворенном состоянии несколько процентов воды.


Помимо паров воды, в составе газовой смеси, выделяемой вулканами, были обнаружены СО2, СО, Н2, НС1, HF,SO2,H2S,NH3,COS, CH4,N2, HCNS, SiF4, B(OH)3, Ar и др. благородные газы. В ряде случаев ( в горячих фумаролах) наблюдаются пары хлоридов (NaCl, FeCl3, NH4Cl и др.).

2). Обнаружены большие различия в составе газов разных вулканических областей (табл.), что, вероятно, свидетельствует о неоднородности вещества магматических очагов и верхней мантии.

Таблица

Осредненный состав газов, непосредственно выделяющихся из жидкой лавы (без паров воды, воздушных и галогенводородов), %

Вулкан

СО2

СО

Н2

SO2

СН4

N2 и др. благородные газы

Михара

28

-

72

-

-

-

Ошима

9,8

-

90,2

-

-

-

Килауза и Мауна-Лоа

57,0

1,6

1,7

39,7

-

-

Нирагонго

86,7

4,6

1,5

7,2

-

-

Этна

28,8

0,5

16,5

34,5

1,0

18,7


Состав этих газов близок к составу глубинных магматических газов.


3). Общая закономерность заключается в том, что соотношение между содержанием компонентов в вулканических газах изменяется с течением времени. Высокотемпературная стадия вулканической деятельности сопровождается выделением главным образом, помимо паров воды, главным образом СО2, СО, Н2, НС1, сернистых соединений. Причем по мере затухания вулканической деятельности и снижения Т повышается доля СО2 и уменьшается содержание других компонентов. Остальные отмеченные выше газы встречаются на разных стадиях вулканической деятельности обычно в виде примесей. Примесь СН4, которая наблюдалась в некоторых пробах газов, выделявшихся из жидкой лавы вулкана Этны, обусловлена синтезом метана при остывании газа уже после его выделения.


4). Известно, что основные компоненты вулканических газов (H2O, CO2, CO, H2, SO2, H2S, HCl) поступают из верхней мантии. Изменяется лишь соотношение их содержания в мигрирующих газовых смесях в связи со смещением равновесия реакций в результате изменения Т и Р. Это соотношение определяется направленностью протекания химических процессов образования и изменения природы газообразных веществ в глубинных зонах на различных этапах их существования в зависимости от термодинамических условий. Строго говоря, процессы газообразования, происходящие в мантии, следует рассматривать как процессы, идущие в открытой системе, поскольку происходит миграция газов на земную поверхность и смещение равновесных реакций. Однако смещение это происходит крайне медленно – в геологическом масштабе времени. Имеются основания считать, что на протяжении миллионов или десятков миллионов лет равновесие реакций остается практически неизменным. Так, Т. и Р , характерные для верхней мантии, ненамного изменялись на протяжении последних 300-400 млн.лет. Поскольку Т. и Р медленно повышаются по мере углубления в земную кору и дальше в мантию, то выделяют ряд крупных по мощности зон с характерными особенностями процессов газообразования. В каждой из них за длительное геологическое время устанавливается химическое равновесие происходящих процессов. Общая же направленность совокупности химических процессов приводит к преимущественному накоплению наиболее устойчивых в данной зоне веществ в условиях характерных для нее Т и Р.


Аэрозоли


Аэрозолем называется дисперсная система, состоящая из газообразной дисперсной среды и твердой или жидкой дисперсной фазы, иначе говоря, это взвесь твердых или жидких частичек в газе.

Аэрозоли – это явление природы и человеческой деятельности. Примеров как естественных аэрозолей, так и антропогенных можно привести много – это и облака в небе, и туманы, и пыль, и облака вулканических извержений, и висящий над городами смог, дым пожаров и заводских труб, даже воздух жилых помещений и т.д.

^ Термин «аэрозоль» обязан своему происхождению созданию отравляющих веществ в капельно-жидкой форме в годы первой мировой войны, и предложен химиком Доннаном по аналогии с уже существующим понятием «гидрозоли».

Различают фоновый атмосферный аэрозоль, формирующийся вдали от мощных источников (естественных и антропогенных) и аэрозоль антропогенного происхождения.

Можно выделить три основных компонента фонового аэрозоля, определяющих прозрачность атмосферы в наименее загрязненных районах планеты.

  1. ^ Континентальный аэрозоль (диспергированные частицы горных пород, почвенного покрова, материал песчаных бурь, химический состав которых повторяет состав соответствующих пород и всегда содержит кремний и алюминий). Размер частиц составляет величину от нескольких до десятков микрон.

  2. ^ Морской аэрозоль (частицы морской соли, играющие роль центров конденсации на которых образуются облачные капельки; они образуются при разрушении оболочек пузырьков морской пены при волнении моря в результате последующего испарения капелек и содержат в своем составе натрий, магний, хлор , бром в определенном соотношении и аномально высокое содержание летучих элементов – селена, иода и др.). Размер образующихся центров конденсации от <0,1 мкм до >1 микрона.

  3. ^ Естественный фотохимический смог. Термин «смог» происходит от английских слов «smoke» (дым) и «fog» (туман) и используется для обозначения т.н. «вторичных» атмосферных аэрозолей, образующихся при участии химических реакций в атмосфере. Прежде всего, это аэрозоль, образованный в результате конденсации продуктов химических и фотохимических реакций между летучими органическими соединениями – продуктами фитогенной эмиссии - и некоторыми компонентами атмосферного воздуха, в первую очередь, - с оксидами азота размером до 0,1 мкм; в качестве побочного продукта образуется озон.

Постоянным компонентом атмосферы являются также аэрозоли лесных пожаров, всегда происходящие в том или ином районе планеты и представляющие собой несколько более крупные частицы главным образом сажи, обладающие способностью сильно поглощать видимое излучение.

Существенным источником атмосферного аэрозоля являются извержения вулканов. Различают «первичный аэрозоль извержения» (вулканический пепел -пылевидное вещество, образующееся в результате диспергирования и застывания мельчайших брызг расплавленной магмы, уносимых вырывающимися из кратера газами), а также аэрозоли серной кислоты и сульфата аммония – конденсированные продукты химического превращения большого количества вулканических газов (это в первую очередь – газ SO2, способный либо растворяться в капельках атмосферной влаги с образованием сернистой кислоты и дальнейшим окислением в серную, либо окисляться в SO3 с последующей гидратацией в ту же серную кислоту; наличие в атмосферном воздухе аммиака – продукта разложения органических веществ – обусловливает образование частиц сульфата аммония). Предполагается, что аэрозоли серной кислоты и сульфата аммония составляют основу стратосферного аэрозоля в периоды между мощными извержениями вулканов. (Интересно, что существование аэрозоли серной кислоты доказано советскими учеными в облачном слое планеты Венера).

Суммарный поток континентального и морского аэрозоля оценивается величиной порядка 108 т аэрозолей в год. Одно большое извержение вулкана может выбросить в атмосферу 108 т аэрозолей, но этот процесс локализован во времени.

Важным источником поступления аэрозолей в верхнюю атмосферу является высокодиспергированный космический материал – астрозоли (метеориты и межпланетная пыль). Термин астрозоли предложен лишь недавно в нашей стране, их изучение – новая и быстро развивающаяся область знания.

Итак, фоновый аэрозоль – это то, что, должно быть, соответствует бытовому понятию «чистый воздух», которым мы дышим. Но, как мы видим, чистого воздуха на нашей планете нет: в хорошо знакомой нам смеси газов взвешены миллионы разнообразных по составу, часто вредных веществ природного происхождения.

Частицы аэрозолей антропогенного происхождения, образующиеся в результате человеческой деятельности, не менее разнообразны, поэтому мы рассмотрим лишь наиболее значимые их потоки в атмосферу.

Главный источник антропогенных аэрозолей – процесс горения. Горение – основа энергетики, поскольку до сих пор большая доля электроэнергии производится тепловыми электростанциями. Этот процесс также основа транспорта, поскольку источником энергии для транспортных средств является сжигание топлива в цилиндрах двигателей внутреннего сгорания, в камерах сгорания реактивных двигателей. К этим источникам относится и электрический транспорт, поскольку энергия на силовые подстанции электрического транспорта поступает в основном с тепловых электростанций.

^ Аэрозоли процессов горения также подразделяются на первичные и вторичные.

Первичные аэрозоли – это сажа и частицы летучей золы (т.е. негорючие минеральные примеси к топливу, например, каменному углю). Зола содержит элементы почти всей таблицы Менделеева. Автомобильный транспорт генерирует еще один вид аэрозольных частиц, поступающих в атмосферный воздух из выхлопных труб, – весьма токсичный диоксид свинца, образующийся в процессе горения антиоксидантной добавки - тетраэтилсвинца (для повышения возможной степени сжатия двигателей внутреннего сгорания и, следовательно, - степени использования топлива).

Энергетика и транспорт дают 2/3 общего количества первичных антропогенных аэрозолей. Хотя это количество и мало в сравнении с с поступающим из природных источников, антропогенные аэрозоли образуют концентрированные облака над промышленными центрами.

Кроме перечисленного, первичные аэрозоли выбрасывают также и металлургические предприятия – они образуются при обжиге руды и плавке металлов и состоят из оксидов металлов, в том числе и тяжелы, наиболее вредных для живых организмов. Производство цемента и других строительных материалов сопровождается уносом мелких частиц алюмосиликатов, карбонатов, других минеральных соединений. Разнообразные аэрозоли могут поступать в атмосферный воздух с выбросами химических производств.

^ Вторичные аэрозоли образуются в результате химического взаимодействия между различными продуктами горения топлива. Что это за продукты? Любое топливо в той или иной мере содержит серу, поэтому при горении образуется газ SO2; частичное вовлечение в процесс горения атмосферного воздуха приводит к образованию оксида и диоксида азота (NOx); образуются также оксиды углерода, продукты неполного сгорания топлива, в частности, углеводороды – составные части бензина.

Итак, как природные процессы, так и человеческая деятельность способствуют поступлению в атмосферный воздух потоков частиц минералов, морской соли, сажи, серной кислоты, сульфата аммония, смолистых продуктов сажеобразования, оксидов металлов и т.д.

Присутствие аэрозольных частиц определяет многие свойства атмосферного воздуха как среды обитания.



Похожие:

Исследование состава вулканических газов iconИсследование состава вулканических газов
Как показали исследования последнего времени, особенно много вулканов, главным образом потухших, на дне океанов. На дне Тихого океана...
Исследование состава вулканических газов iconМетодические указания к лабораторной работе
Методические указания к лабораторной работе «Исследование токсических газов и паров в воздухе рабочей зоны». – Ростов н/Д: Рост гос...
Исследование состава вулканических газов iconПоложение о проведении конкурса по формированию состава
В январе 2014 года истекает срок полномочий второго состава Молодежного правительства Воронежской области. В связи с этим в сентябре...
Исследование состава вулканических газов iconПредседатель XV состава
Благотворительная акция «Поделись улыбкой» проводится в рамках реализации деятельности XV состава кадровой Губернаторской программы...
Исследование состава вулканических газов iconИсследование артерий и шейных вен. Артериальное давление
...
Исследование состава вулканических газов iconМетодические указания для студентов при подготовке к практическому занятию
Исследование проведения возбуждения нервными волокнами и через нервно-мышечный синапс. Исследование потенциала действия целостных...
Исследование состава вулканических газов iconОнлайн-голосование в рамках Конкурса по формированию состава Молодежного правительства Воронежской области Общие положения Голосование за кандидатов в члены Молодежного правительства Воронежской области III состава проходит на сайте
В голосовании могут принять участие все зарегистрированные на сайте пользователи
Исследование состава вулканических газов iconИсследование по проблемам донорства
...
Исследование состава вулканических газов iconОтчет по лабораторной работе №2 «исследование полупроводникового стабилитрона» по дисциплине
Целью работы является исследование характеристик полупроводникового стабилитрона
Исследование состава вулканических газов iconМетодические указания для студентов при подготовке к практическому занятию
Физиологичные основы поведения. Исследование образования и торможение условных рефлексов. Исследование роли мотиваций и эмоций в...
Исследование состава вулканических газов iconПостановка сифонной клизмы
Показания: кишечная непроходимость, отравления, удаления газов и промывание нижней части толстого кишечника
Вы можете разместить ссылку на наш сайт:
Документы


При копировании материала укажите ссылку ©ignorik.ru 2015

контакты
Документы