二酸化硫黄 (SO2 ) およびハロゲン (HCl、HF、HBr) は、火山噴煙で最も豊富な酸性種であり、公衆衛生に影響を与え、ニカラグアのマサヤ火山のように植生や作物を殺す可能性のある酸性雨を風下の静止火山に形成します (Delmelle et al., 2002, UNRESP ビデオ)。これらの酸性ガスは噴火の際に放出されますが、ガスが噴火することなく火山プルームと呼ばれるものを形成しながら絶えず放出される活動のない火山でも放出されます。
これらの種の排出量は非常によく知られており、主にその量が多いために研究されています。エアロゾル (固体粒子) としての火山からの金属の放出は、あまり明白ではなく、十分に研究されていません。銅や鉛などの種は揮発性 (気体) とは考えていませんが、SO2 などのより揮発性の種との気体複合体 (分子) の形成を通じて、火山ガスで効率的に輸送されます。 またはHCl。例として、最大の SO2 の 1 つであるエトナ 近年、毎日最大 2000 トンの排出量を誇る世界中の排出者は、毎日最大 650 kg の銅と最大 80 kg の鉛も排出しています (Calabrese et al., 2011)。
この研究の焦点は、バヌアツの絶え間なく噴火しているヤスール火山と、ニュージーランドの静かに活動しているホワイト島の 2 つの火山で放出された金属の量をより適切に制限することでした。さらに、火山プルームでの輸送に関与する金属とガス状錯体を形成する種がどれであるかを制限したいと考えていました。この研究のもう 1 つの重要な部分は、ドローンの助けを借りて火山噴煙をリモートでサンプリングする技術を開発することでした。実際、多くの火山は、アクセスが困難であったり、直接サンプリングするのに十分な距離まで近づくことに関連するリスクがあるため、十分に研究されていません。 SO2 中 排出量は遠くから (衛星などを介して) 定量化できますが、濃度の低い金属は直接サンプリングする必要があります。
金属放出は、沈み込み帯にあるが活動の種類が異なる 2 つの火山で調査されました。ホワイト島は安山岩質の火山で、ニュージーランドの北島から沖合約 50 km にあります (図 1a)。 2012 年から 2013 年の最後の噴火以来、火山噴煙が約 300 トンの SO2 を放出して以来、不安定な状態 (すなわち、活動の休止) にある。 1 日あたり (Christenson et al., 2017)。ヤスールは、バヌアツ諸島南部、太平洋のタンナ島にある玄武岩質粗面安山岩のスコリア コーンです (図 1b)。ストロンボリ式活動は、過去数百年間、2 ～ 30 分ごとに噴火し、噴火の間は静かな脱ガスが発生しています。 SO2 はわずか 排出量の調査が実施され、1 日あたり 600 ～ 900 トンの排出量が示されています (Bani and Lardy、2007; Métrich et al.、2011)。
この研究では、同時に酸性種 (SO2 、HCl、HF) およびエアロゾル (固体粒子)。このために、一連の 4 つのフィルターを含むフィルター パックを使用しました。最初の 1 つは粒子を収集し、最後の 3 つは酸性ガスと反応します。火山噴煙をフィルター パックに送り込み、総量を測定し、流量計で強制的に通過させました (図 1b)。このセットアップをTurboAce Matrixクワッドコプターに取り付けて、ある機会にホワイト島でサンプリングを行い、サンプルを収集しながら火山噴煙でドローンを飛行させました。研究所に戻り、フィルターを分析して放出された金属の量を回収し、電子顕微鏡で固体粒子を観察して粒子の種類を特定しました。
私たちが最も多く観察した粒子の種類はケイ酸塩であり、マグマから直接形成されるか、プルーム内に引きずられた導管壁の破片である可能性があります。それらの多くは硫黄含有量が高く、硫酸によるこれらの粒子のコーティングの可能性を示しています。硫酸塩も一般的であり (図 2b)、火山噴煙における硫黄の重要性と反応性が強調されました。最も興味深い粒子は Zn-Cu 酸化物 (図 2a) であり、亜鉛と銅の気体複合体が大気と接触して酸化され、酸化物を形成していると考えられています。
フィルターパックの重要なポイントは、SO2 の測定と相まって、 フラックス、火山からの金属放出率を推定できます。ホワイト アイランドでは、火山噴煙の中で毎日約 6 ～ 10 kg の銅、ヒ素、亜鉛が放出されていることが測定されました。これらのフラックスは低レベルの活動に対応し、1976 年から 2000 年の噴火サイクル中に測定されたものよりも 1 ～ 2 桁低い (Le Cloarec et al., 1992; Wardell et al., 2008)。
火山活動による金属排出量の変化は、金属輸送に対する温度の影響を強調しています。金属は、高温で揮発性物質としてのみ効率的に輸送でき、温度が低下すると地下環境で固体として沈殿する傾向があります。マグマが地表からわずか数メートル下にあるヤスールで測定されたはるかに高いフラックスは、この観察と一致しています。そこでは、175 kg もの銅、35 kg のヒ素と亜鉛、22 kg の鉛が毎日排出されており、地域住民に直接的な環境影響を与えています。
何が金属放出に影響を与えるかを理解することに関心があったため、火山からの金属フラックスに関するすべてのデータをまとめました (図 3)。温度の他に、金属の揮発性に影響を与えるもう 1 つのパラメーターは、主要な揮発性種の存在と量です。したがって、沈み込む海洋プレートがその揮発性物質をマグマに放出する収束縁部 (すなわち、沈み込み帯) からの火山は、プレート内火山 (ホット スポットまたは大陸リフト火山) と比較して非常に異なるガス負荷を持ちます。これは、たとえば、プレート内の 2 つの火山であるキラウエアとエルタ エールからの金属排出量が少ないことに反映されています。
しかし、プレート内環境からのいくつかの火山は実際に多くの金属を放出するのに対し、沈み込み環境からのいくつかは小さな寄与者であることに気付きました。揮発性物質の量 (すなわち構造設定) とその組成は、金属の輸送に影響を与えます。この現象をよりよく理解するために、熱力学的計算を実行して金属のスペシエーションを計算しました。言い換えれば、プルームに存在する気体複合体を計算しました。硫黄は豊富にあるにもかかわらず、火山噴煙中の金属と多くの錯体を形成しないことがわかりました。ただし、ハロゲン、特に塩素と臭素は、金属の輸送に非常に効率的です。これらの結果は、ハロゲンを多く放出する 2 つのプレート内火山であるニイラゴンゴとエレバスが、沈み込みに関連するハロゲンが少ないラスカー火山よりもはるかに多くの金属を放出する理由を説明しています。
この研究のもう 1 つの興味深い結果は、フィルター パックのサンプルを使用して火山活動を監視できる可能性があることです。実際、ホワイト島での 2 年間の調査中に、熱水とマグマの寄与の間の変化を観察することができました。ドローンを使用したサンプリング技術の技術的改善に加えて、これらの結果は、アクセスが制限された活火山を監視する機関に関連しています。
参考文献:
<オール>
