Contenuto
- Che cos'è la cenere vulcanica?
- Proprietà della cenere vulcanica
- Eruzioni di cenere e colonne di cenere
- Ash Plumes, Ashfalls e Ash Fields
- L'impatto della cenere vulcanica
- Impatto sulla salute umana:
- Impatto sull'agricoltura:
- Impatto sugli edifici:
- Impatto sugli apparecchi:
- Impatto sulle comunicazioni:
- Impatto sulle strutture di produzione di energia:
- Impatto sul trasporto via terra:
- Impatto sul trasporto aereo:
- Impatto sui sistemi di approvvigionamento idrico:
- Impatto sui sistemi di acque reflue:
- Pianificazione per la cenere vulcanica
Pennacchio di cenere vulcanica dal vulcano Cleveland, situato sull'isola di Chuginadak nella catena delle isole Aleutine al largo dell'Alaska. Immagine della NASA scattata da Jeff Williams, ingegnere di volo, della Stazione Spaziale Internazionale. Immagine più grande.
Che cos'è la cenere vulcanica?
La cenere vulcanica è costituita da particelle di polvere in dimensioni da sabbia a sabbia di materiale roccioso igneo che sono state soffiate in aria da un vulcano in eruzione. Il termine è usato per il materiale mentre è nell'aria, dopo che cade a terra, e talvolta dopo che è stato litificato in roccia. I termini "polvere vulcanica" e "cenere vulcanica" sono entrambi usati per lo stesso materiale; tuttavia, la "polvere vulcanica" viene utilizzata in modo più appropriato per il materiale in polvere.
Cenere vulcanica dal Monte Sant'Elena, eruzione del 1980. Immagine USGS, D.E. Wieprecht. Immagine più grande.
Particella di cenere vulcanica visto con un microscopio elettronico a scansione. Immagine USGS di A.M. Sarna-Wojcicki. Immagine più grande.
Proprietà della cenere vulcanica
A prima vista, la cenere vulcanica sembra una polvere morbida e innocua. Invece, la cenere vulcanica è un materiale roccioso con una durezza di circa 5+ sulla scala di durezza Mohs. È composto da particelle di forma irregolare con bordi affilati e frastagliati (vedi vista microscopica). Combina l'alta durezza con la forma irregolare delle particelle e la cenere vulcanica può essere un materiale abrasivo. Questo dà a queste minuscole particelle la possibilità di danneggiare i finestrini dei velivoli, irritare gli occhi, causare un'insolita usura delle parti mobili dell'attrezzatura con cui entrano in contatto e causare molti altri problemi discussi di seguito nella sezione "Impatto della cenere vulcanica".
Le particelle di cenere vulcanica sono di dimensioni molto ridotte e hanno una struttura vescicolare con numerose cavità. Questo dà loro una densità relativamente bassa per un materiale roccioso. Questa bassa densità, unita alla piccolissima dimensione delle particelle, consente alla cenere vulcanica di essere trasportata in alto nell'atmosfera da un'eruzione e trasportata per lunghe distanze dal vento. La cenere vulcanica può causare problemi a grande distanza dal vulcano in eruzione.
Le particelle di cenere vulcanica sono insolubili in acqua. Quando si bagnano, formano un impasto o un fango che può rendere scivolose le autostrade e le piste. La cenere vulcanica bagnata può essiccare in una massa solida, simile al cemento. Ciò gli consente di collegare fognature tempestose e attaccare la pelliccia di animali che sono all'aperto quando la cenere cade contemporaneamente alla pioggia.
Colonna di cenere vulcanica: Colonna eruttiva del Monte Sant'Elena il 18 maggio 1980. Questo rilascio esplosivo produsse una colonna calda di tephra in aumento, gas vulcanici e aria intrappolata che salì a un'altitudine di 22 chilometri in meno di dieci minuti. Forti venti dominanti hanno portato la cenere verso est a circa 100 chilometri all'ora. In meno di quattro ore, la cenere stava cadendo sulla città di Spokane a circa 400 chilometri di distanza, e due settimane dopo la nuvola di eruzione aveva circondato la terra. Immagine USGS di A. Post.
Eruzioni di cenere e colonne di cenere
Alcuni magmi contengono enormi quantità di gas disciolto a pressioni molto elevate. Quando si verifica un'eruzione, la pressione confinata su questi gas viene improvvisamente rilasciata e si espandono rapidamente, precipitando dalla bocca vulcanica e portando con sé piccoli frammenti di magma. Lo stesso risultato può essere trasformato in vapore acqueo sotterraneo vicino a una camera di magma. Queste sono la fonte di particelle di cenere per alcune eruzioni. L'enorme quantità di gas caldo, in fuga, in espansione che fuoriesce dalla bocca può spingere una colonna di eruzione di cenere e gas caldi in alto nell'aria.
L'immagine di accompagnamento mostra una parte della colonna di cenere prodotta dall'eruzione del Monte Sant'Elena del maggio 1980. In quell'eruzione, il rilascio esplosivo di gas vulcanici caldi nell'atmosfera produsse una colonna di tephra in aumento, gas vulcanici e aria intrappolata che salì a un'altitudine di 22 chilometri in meno di dieci minuti. Quindi, forti venti dominanti hanno portato la cenere verso est a circa 100 chilometri all'ora. In meno di quattro ore, la cenere stava cadendo sulla città di Spokane a circa 400 chilometri dallo sfiato. Due settimane dopo, la polvere dell'eruzione era stata trasportata intorno alla Terra.
L'eruzione del Monte Sant'Elena fu eccezionale per dimensioni e intensità. Un rilascio di cenere più tipico è mostrato nell'immagine nella parte superiore di questa pagina. In quell'immagine, Cleveland Volcano, situato sull'Isola Chuginadak nella catena delle Isole Aleutine dell'Alaska, rilascia un piccolo pennacchio di cenere che in pochi minuti si stacca dal vulcano e viene portato via dal vento.
Mappa delle ceneri vulcaniche: Mappa che mostra la distribuzione geografica negli Stati Uniti delle ricadute di cenere dall'eruzione del Monte Sant'Elena del 18 maggio 1980. Immagine USGS. Mappa più grande.
Spessore della cenere: I depositi di cenere sono generalmente spessi e grossolani nelle dimensioni delle particelle vicino al vulcano. Tuttavia, a distanza il deposito diventa sempre più sottile.
Pennacchio di cenere: Un lungo pennacchio di cenere del vulcano Chaitén nel sud del Cile viene soffiato attraverso il continente. Immagine più grande.
Ash Plumes, Ashfalls e Ash Fields
Una volta che la cenere viene rilasciata nell'aria da un vulcano, il vento ha l'opportunità di spostarlo. Questo movimento, insieme alla turbolenza dell'aria, lavora per distribuire la cenere sospesa su una vasta area. Queste nuvole di cenere mosse dal vento sono conosciute come pennacchi di cenere. Un'immagine in basso mostra un pennacchio di cenere prodotto dall'eruzione del vulcano Chaitén nel sud del Cile il 3 maggio 2008. Questo pennacchio inizia in Cile, attraversa l'Argentina e si estende per centinaia di chilometri sull'Oceano Atlantico, diffondendosi mentre viaggia.
Mentre un pennacchio di cenere si allontana dalla bocca vulcanica, non ha più la fretta di sfuggire ai gas per sostenerlo. Le particelle di cenere non supportate iniziano a cadere. Le particelle di cenere più grandi cadono per prime e le particelle più piccole rimangono sospese più a lungo. Questo può produrre un deposito di cenere sul terreno sotto il pennacchio di cenere. Questi depositi di cenere sono generalmente più spessi vicino allo sfiato e sottili con la distanza. In questa pagina è mostrata una mappa che mostra la distribuzione della cenere dall'eruzione del Monte Sant'Elena del 18 maggio 1980.
Un campo di cenere è un'area geografica in cui il terreno è stato coperto dalla ricaduta di un pennacchio di cenere. Un'immagine in basso mostra un campo di cenere a est del vulcano Chaitén, nel sud del Cile, a partire da maggio 2008. Il bianco groundcover di cenere può essere visto chiaramente.
Campo di cenere: Un campo di cenere a est del vulcano Chaitén da maggio 2008. Immagine ingrandita.
L'impatto della cenere vulcanica
La cenere vulcanica presenta numerosi pericoli per persone, proprietà, macchinari, comunità e ambiente. Molti di questi sono descritti di seguito.
Impatto sulla salute umana:
Le persone esposte alla caduta di cenere o che vivono in un ambiente polveroso dopo una caduta di cenere possono presentare numerosi problemi. I problemi respiratori comprendono irritazione al naso e alla gola, tosse, malattie simili alla bronchite e disagio durante la respirazione. Questi possono essere ridotti con l'uso di maschere antipolvere ad alta efficienza, ma l'esposizione alle ceneri dovrebbe essere evitata se possibile.
I problemi a lungo termine potrebbero includere lo sviluppo di una malattia nota come "silicosi" se la cenere ha un contenuto significativo di silice. L'Istituto Nazionale degli Stati Uniti per la sicurezza e la salute sul lavoro raccomanda tipi specifici di maschere per coloro che sono esposti alle ceneri vulcaniche. Chiunque soffra già di problemi come bronchite, enfisema o asma dovrebbe evitare l'esposizione.
La cenere vulcanica secca può attaccarsi a un occhio umano umido e le minuscole particelle di cenere causano rapidamente irritazione agli occhi. Questo problema è più grave tra le persone che indossano le lenti a contatto. Qualche irritazione cutanea è segnalata da persone nelle zone di caduta di cenere; tuttavia, il numero di casi e la loro gravità sono bassi.
Novarupta ashfall: Immagine satellitare del paesaggio intorno al vulcano Novarupta con contorni di cenere e area di flusso piroclastico dell'eruzione del 1912 mostrata come linee colorate. Immagine satellitare di J. Allen (NASA) che utilizza i dati della Global Land Cover Facility dell'Università di Marylands. Cartografia di B. Cole,. Immagine più grande.
Impatto sull'agricoltura:
Il bestiame soffre degli stessi problemi agli occhi e alle vie respiratorie descritti sopra per l'uomo. Gli animali che si nutrono al pascolo potrebbero diventare incapaci di mangiare se la cenere copre la loro fonte di cibo. Coloro che mangiano da una fonte di cibo coperta di cenere spesso soffrono di una serie di malattie. Gli agricoltori nelle zone di caduta di cenere potrebbero dover fornire mangimi supplementari ai loro animali, evacuarli o inviarli a macellazione precoce.
Una caduta di cenere di pochi millimetri di solito non provoca gravi danni a pascoli e colture. Tuttavia, accumuli di cenere più spessi possono danneggiare o uccidere piante e pascoli. Accumuli spessi possono danneggiare il suolo uccidendo i microfite e bloccando l'ingresso di ossigeno e acqua. Ciò può provocare una condizione sterile del suolo.
Danno da caduta vulcanica: Edifici danneggiati da una caduta di cenere bagnata. Immagine USGS. Immagine più grande.
Cenere vulcanica: Video USGS che spiega l'impatto della cenere vulcanica sul traffico aereo.
Impatto sugli edifici:
La cenere secca pesa circa dieci volte la densità della neve fresca. Una forte caduta di cenere sul tetto di un edificio può sovraccaricarlo e causarne il collasso (vedi immagine). La maggior parte degli edifici non è progettata per supportare questo peso aggiuntivo.
Immediatamente dopo una forte caduta di cenere, uno dei lavori prioritari è eliminare la cenere dai tetti degli edifici. Se la pioggia cade prima che la cenere venga rimossa, può essere assorbita dalla cenere e aumentare il peso. La cenere bagnata può avere una densità di venti volte quella della neve fresca.
La cenere vulcanica può riempire le grondaie di un edificio e ostruire gli incanalamenti. La cenere da sola può essere molto pesante e se si bagna dalla pioggia, il peso attira spesso le grondaie dalle case. La cenere in combinazione con l'acqua può essere corrosiva per i materiali di copertura metallici. Anche la cenere bagnata è un conduttore e, se accumulata attorno agli elementi elettrici esterni di un edificio, può causare gravi lesioni o danni.
I condizionatori d'aria e i sistemi di trattamento dell'aria possono guastarsi o danneggiarsi se i loro filtri sono intasati o le prese d'aria sono coperte da cenere vulcanica. Le parti in movimento sull'apparecchiatura possono essere consumate rapidamente se tra loro cenere abrasiva.
Impatto sugli apparecchi:
Ceneri fini e polvere possono infiltrarsi negli edifici e causare problemi con gli apparecchi. La cenere abrasiva può produrre un'usura insolita sulle parti mobili all'interno dei motori elettrici. Aspirapolvere, forni e sistemi informatici sono particolarmente vulnerabili perché trattano molta aria.
Oscurità dovuta alla caduta vulcanica: La cenere nell'aria può bloccare la luce solare e rendere scure le aree sotto un pennacchio di cenere a metà giornata. Vulcano Soufriere Hills, immagine del 1997. Immagine USGS. Immagine più grande.
Impatto sulle comunicazioni:
La cenere vulcanica può avere una carica elettrica che interferisce con le onde radio e altre trasmissioni trasmesse attraverso l'aria. Le apparecchiature radio, telefoniche e GPS potrebbero non essere in grado di inviare o ricevere segnali con un vulcano in eruzione nelle vicinanze. La cenere può anche danneggiare strutture fisiche come cavi, torri, edifici e attrezzature necessarie per supportare le comunicazioni.
Impatto sulle strutture di produzione di energia:
La cenere vulcanica può causare l'arresto di impianti di generazione di energia. Queste strutture sono talvolta disattivate per evitare danni causati dalla cenere. Possono rimanere giù fino a quando la cenere è stata rimossa. Ciò protegge le apparecchiature essenziali dai guasti ma interrompe il servizio di alimentazione per milioni di persone.
Cenere vulcanica sulle auto alla Clark Air Base nelle Filippine dopo l'eruzione del 1991 del Monte Pinatubo. Questo parcheggio si trova a circa 25 chilometri a est dell'eruzione e ha ricevuto circa 9 centimetri di cenere. Immagine USGS di R.P. Hoblitt. Immagine più grande.
Impatto sul trasporto via terra:
L'impatto iniziale sul trasporto è un limite alla visibilità. La cenere riempie l'aria e blocca la luce solare. Può essere buio come la notte nel bel mezzo della giornata. La cenere copre anche le indicazioni stradali. Solo un millimetro di cenere può oscurare il centro e le linee di base di un'autostrada.
Un altro impatto è sulle auto. Elaborano enormi quantità di aria che conterrà polvere vulcanica e cenere. Questo inizialmente viene catturato dal filtro dell'aria, ma può essere rapidamente sopraffatto. Quindi la polvere abrasiva entra nel motore per danneggiare le parti accuratamente lavorate e intasare le piccole aperture.
La cenere vulcanica si accumula sui parabrezza delle auto, creando la necessità di utilizzare i tergicristalli. Se si usano i tergicristalli, la cenere abrasiva tra il parabrezza e i tergicristalli può graffiare il finestrino, a volte producendo una superficie smerigliata che è impossibile da vedere.
Polvere vulcanica e cenere che ricoprono le strade possono provocare una perdita di trazione. Se le strade si bagnano, la cenere secca si trasforma in un fango molto scivoloso. Strade e strade devono essere spalate come se fosse caduta una neve che non si scioglie.
Strati di Ashfall nelle Filippine: A) Sezione sul ponte sul fiume Santo Tomas a nord di San Narciso, Zambales; 32 km a ovest-sud-ovest di Vent. Lo strato A è di 8 mm di frassino sabbia; lo strato B è costituito da 4 mm di cenere prevalentemente fine. Nota debole classificazione normale dello strato C e spaccature grossolane sparse sulla superficie del deposito.
B) Depositi di Tephra-fall su strada non migliorata lungo il fiume Marella 10,5 km a sud-ovest dello sfiato. Lo strato A, di circa 4 cm di spessore, è costituito da ceneri grossolane e lapilli sottili; lo strato B è costituito da diversi strati sottili di cenere; lo strato C ha uno spessore di 33 cm ed è la sezione più spessa del deposito di caduta pomice climatica mai trovato. Nota la classificazione normale generale, ma il lapillo di pomice di 2 cm in alto a sinistra. Lo strato D è costituito da due letti di cenere fine spessi da 3 a 4 cm separati da un letto di cenere pomice rielaborata dall'acqua.
C) Tephra si deposita su una strada non migliorata a circa 9 km a sud-est di Vent, lato nord del fiume Gumain. Lo strato B ha uno spessore di 23 cm ed è costituito da numerosi letti in frassino classificato; lo strato C ha uno spessore di 31 cm e presenta due zone nella parte inferiore con lievi rivestimenti di frassino.
D) Sezione alla foce del canyon del fiume Pasig a circa 15 km a est della bocca. Lo strato B ha uno spessore di 10 cm e lo strato C ha uno spessore di circa 18 cm; notare zone ricche di cenere che si distinguono per una maggiore coesione. USGS Immagini di W.E. Scott e J.J. Maggiore. Immagine più grande.
Impatto sul trasporto aereo:
I moderni motori a reazione elaborano enormi quantità di aria. Tirano l'aria nella parte anteriore del motore e la scaricano dalla parte posteriore. Se la cenere vulcanica viene trascinata in un motore a reazione, può essere riscaldata a temperature superiori alla temperatura di fusione della cenere. La cenere può sciogliersi nel motore e il prodotto morbido e appiccicoso può aderire all'interno del motore. Ciò limita il flusso d'aria attraverso il motore e aggiunge peso all'aereo.
La cenere vulcanica ha portato al guasto del motore su alcuni aerei. Fortunatamente i piloti sono stati in grado di atterrare in sicurezza con i loro restanti motori. Oggi, i vulcani sono monitorati per segni di eruzione e gli aerei vengono fatti roteare intorno ad aree che potrebbero contenere ceneri disperse nell'aria.
La cenere vulcanica sospesa nell'aria può avere un effetto abrasivo sugli aerei che la attraversano a centinaia di chilometri all'ora. A queste velocità, le particelle di cenere che colpiscono il parabrezza possono sabbiare la superficie in una finitura satinata che oscura la vista dei piloti. La sabbiatura può anche rimuovere la vernice e il pit metal sul naso e sui bordi anteriori delle ali e delle apparecchiature di navigazione.
Negli aeroporti si riscontrano gli stessi problemi con le piste delle strade. I segni sulle passerelle possono essere coperti di cenere. Gli aerei possono perdere trazione all'atterraggio e al decollo. E, la cenere deve essere rimossa prima che le operazioni tornino alla normalità.
L'Organizzazione per l'aviazione civile internazionale ha riconosciuto la necessità di tenere informati i piloti e i controllori del traffico aereo sui pericoli vulcanici. Per fare ciò hanno lavorato con agenzie governative per istituire diversi centri di consulenza sulle ceneri vulcaniche. Questi centri monitorano l'attività vulcanica e riferiscono sui pennacchi di cenere all'interno della loro area di monitoraggio.
Cenere vulcanica: Video USGS che spiega l'impatto della cenere vulcanica sul traffico aereo.
Impatto sui sistemi di approvvigionamento idrico:
I sistemi di approvvigionamento idrico possono essere colpiti dalle ceneri. Laddove una comunità utilizzi un approvvigionamento di acqua aperto come un fiume, un bacino idrico o un lago, la cenere caduta diventerà un materiale sospeso nella fornitura d'acqua che deve essere filtrata prima dell'uso. L'elaborazione di acqua con ceneri abrasive sospese può danneggiare le pompe e le apparecchiature di filtraggio.
La cenere può anche causare cambiamenti temporanei nella chimica dell'acqua. La cenere a contatto con l'acqua può abbassare il pH e aumentare la concentrazione di ioni lisciviati dal materiale della cenere. Questi includono: Cl, SO4, Na, Ca, K, Mg, F e molti altri.
Impatto sui sistemi di acque reflue:
La cenere che cade sulle strade della città entrerà immediatamente nel sistema fognario della tempesta. Se viene processata acqua di fogna carica di cenere, la cenere sospesa può sovraccaricare apparecchiature e filtri e causare danni a pompe e valvole. Diventa anche un problema di smaltimento. Fango o impasto di cenere può indurirsi in un materiale simile al cemento.
Pianificazione per la cenere vulcanica
Le comunità situate vicino o sottovento di vulcani con un potenziale di produzione di eruzioni di cenere dovrebbero considerare il potenziale impatto della cenere vulcanica e pianificare modi per affrontarla e minimizzarne l'impatto. È molto più facile informarsi su un problema e agire in anticipo piuttosto che affrontare un problema enorme senza preavviso.