Inhalt
- Was ist Vulkanasche?
- Eigenschaften der Vulkanasche
- Ascheausbrüche und Aschesäulen
- Aschefedern, Aschefälle und Aschefelder
- Der Einfluss von Vulkanasche
- Auswirkungen auf die menschliche Gesundheit:
- Auswirkungen auf die Landwirtschaft:
- Auswirkungen auf Gebäude:
- Auswirkungen auf Geräte:
- Auswirkungen auf die Kommunikation:
- Auswirkungen auf Stromerzeugungsanlagen:
- Auswirkungen auf den Bodentransport:
- Auswirkungen auf den Luftverkehr:
- Auswirkungen auf Wasserversorgungssysteme:
- Auswirkungen auf Abwassersysteme:
- Planung für Vulkanasche
Vulkanasche Wolke vom Cleveland-Vulkan, gelegen auf Chuginadak-Insel in der Aleuten-Inselkette vor Alaska. NASA-Aufnahme von Jeff Williams, Flugingenieur, von der Internationalen Raumstation. Größeres Bild.
Was ist Vulkanasche?
Vulkanasche besteht aus pulver- bis sandgroßen Partikeln magmatischen Gesteins, die von einem ausbrechenden Vulkan in die Luft geblasen wurden. Der Begriff wird für das Material verwendet, während es sich in der Luft befindet, nachdem es auf den Boden gefallen ist und manchmal nachdem es zu Gestein lithifiziert wurde. Die Begriffe "Vulkanstaub" und "Vulkanasche" werden beide für dasselbe Material verwendet; "Vulkanstaub" wird jedoch geeigneter für pulverförmiges Material verwendet.
Vulkanasche vom Mount St. Helens, 1980 Ausbruch. USGS-Bild, D.E. Wieprecht. Größeres Bild.
Vulkanaschepartikel mit einem Rasterelektronenmikroskop betrachtet. USGS-Bild von A.M. Sarna-Wojcicki. Größeres Bild.
Eigenschaften der Vulkanasche
Vulkanasche wirkt auf den ersten Blick wie ein weiches, harmloses Pulver. Vulkanasche ist stattdessen ein Gesteinsmaterial mit einer Härte von etwa 5+ auf der Mohs-Härteskala. Es besteht aus unregelmäßig geformten Partikeln mit scharfen, gezackten Kanten (siehe mikroskopische Ansicht). Kombinieren Sie die hohe Härte mit der unregelmäßigen Partikelform, und Vulkanasche kann ein abrasives Material sein. Dadurch können diese winzigen Partikel Flugzeugfenster beschädigen, die Augen reizen, ungewöhnlichen Verschleiß an beweglichen Teilen der Ausrüstung verursachen, mit denen sie in Kontakt kommen, und viele andere Probleme verursachen, die weiter unten im Abschnitt "Auswirkungen von Vulkanasche" erörtert werden.
Vulkanaschepartikel sind sehr klein und haben eine vesikuläre Struktur mit zahlreichen Hohlräumen. Dies gibt ihnen eine relativ geringe Dichte für ein Gesteinsmaterial. Diese geringe Dichte in Kombination mit der sehr geringen Partikelgröße ermöglicht es, dass Vulkanasche durch einen Ausbruch hoch in die Atmosphäre transportiert und vom Wind über weite Strecken transportiert wird. Vulkanasche kann weit entfernt vom ausbrechenden Vulkan Probleme verursachen.
Vulkanascheteilchen sind wasserunlöslich. Wenn sie nass werden, bilden sie eine Aufschlämmung oder einen Schlamm, der Autobahnen und Landebahnen glatt machen kann. Nasse Vulkanasche kann zu einer festen, betonartigen Masse trocknen. Dies ermöglicht es, die Regenwasserkanäle zu verstopfen und das Fell von Tieren zu verstopfen, die im Freien sind, wenn gleichzeitig mit dem Regen Asche fällt.
Vulkanaschesäule: Eruptionssäule des Mount St. Helens am 18. Mai 1980. Diese explosive Freisetzung erzeugte eine heiße Säule aus aufsteigender Tephra, vulkanischen Gasen und mitgerissener Luft, die sich in weniger als zehn Minuten auf eine Höhe von 22 Kilometern erhob. Starke vorherrschende Winde trugen die Asche mit etwa 100 Stundenkilometern nach Osten. In weniger als vier Stunden fiel Asche auf die etwa 400 Kilometer entfernte Stadt Spokane, und zwei Wochen später hatte die Eruptionswolke die Erde umkreist. USGS-Bild von A. Post.
Ascheausbrüche und Aschesäulen
Einige Magmen enthalten unter sehr hohem Druck enorme Mengen gelösten Gases. Wenn ein Ausbruch auftritt, wird der begrenzende Druck auf diese Gase plötzlich freigegeben und sie dehnen sich schnell aus, strömen aus dem Vulkanauslass und tragen kleine Magmastücke mit sich. Grundwasser in der Nähe einer Magmakammer kann mit dem gleichen Ergebnis in Dampf umgewandelt werden. Diese sind die Quelle von Aschepartikeln für einige Eruptionen. Die enorme Menge an heißem, entweichendem, expandierendem Gas, das aus der Entlüftung strömt, kann eine Eruptionssäule aus Asche und heißen Gasen hoch in die Luft treiben.
Das nebenstehende Bild zeigt einen Teil der Aschesäule, die beim Ausbruch des Mount St. Helens im Mai 1980 entstanden ist. Bei diesem Ausbruch bildete die explosive Freisetzung heißer vulkanischer Gase in die Atmosphäre eine Säule aus aufsteigender Tephra, vulkanischen Gasen und mitgeführter Luft, die sich in weniger als zehn Minuten auf eine Höhe von 22 Kilometern erhob. Dann trugen starke Winde die Asche mit etwa 100 Stundenkilometern nach Osten. In weniger als vier Stunden fiel Asche auf die Stadt Spokane, die etwa 400 Kilometer vom Abzug entfernt war. Zwei Wochen später war der Eruptionsstaub um die Erde getragen worden.
Der Ausbruch des Mount St. Helens war in seiner Größe und Intensität außergewöhnlich. Eine typischere Aschefreisetzung ist im Bild oben auf dieser Seite dargestellt. In diesem Bild setzt der Cleveland Volcano auf der Insel Chuginadak in der Aleuteninselkette von Alaska eine kleine Aschefahne frei, die sich innerhalb weniger Minuten vom Vulkan löst und vom Wind weggetragen wird.
Vulkanische Ascherkarte: Karte mit der geografischen Verteilung der Aschefälle seit dem Ausbruch des Mount St. Helens am 18. Mai 1980 in den Vereinigten Staaten. USGS-Bild. Größere Karte.
Asche dicke: Ascheablagerungen sind in der Regel dicht und grobkörnig in der Nähe des Vulkans. Mit zunehmender Entfernung wird die Ablagerung jedoch dünner und feiner.
Aschefahne: Eine lange Aschewolke vom Vulkan Chaitén im Süden Chiles wird über den Kontinent geblasen. Größeres Bild.
Aschefedern, Aschefälle und Aschefelder
Sobald Asche durch einen Vulkan in die Luft freigesetzt wird, hat der Wind die Möglichkeit, sie zu bewegen. Diese Bewegung verteilt zusammen mit Luftverwirbelungen die suspendierte Asche über einen weiten Bereich. Diese Aschewolken, die vom Wind bewegt werden, werden Aschefahnen genannt. Ein Bild unten zeigt eine Aschewolke, die durch den Ausbruch des Vulkans Chaitén im Süden Chiles am 3. Mai 2008 entstanden ist. Diese Wolke beginnt in Chile, durchquert Argentinien und erstreckt sich über Hunderte von Kilometern über den Atlantik und breitet sich auf seiner Reise aus.
Wenn sich eine Aschewolke von der Vulkanöffnung entfernt, tritt kein Gas mehr aus, um sie zu stützen. Die nicht abgestützten Aschepartikel beginnen herauszufallen. Die größten Aschepartikel fallen zuerst aus und die kleineren Partikel bleiben länger suspendiert. Dies kann zu einem Aschefall auf dem Boden unterhalb der Aschefahne führen. Diese Ascheablagerungen sind im Allgemeinen in der Nähe der Entlüftung am dicksten und mit der Entfernung am dünnsten. Auf dieser Seite ist eine Karte der Ascheverteilung vom Ausbruch des Mount St. Helens am 18. Mai 1980 abgebildet.
Ein Aschenfeld ist ein geografisches Gebiet, in dem der Boden durch den Niederschlag einer Aschenwolke bedeckt wurde. Ein Bild unten zeigt ein Aschenfeld östlich des Vulkans Chaitén im Süden Chiles vom Mai 2008. Die weiße Aschedecke ist deutlich zu erkennen.
Aschenfeld: Ein Aschenfeld östlich des Chaitén-Vulkans von Mai 2008. Größeres Bild.
Der Einfluss von Vulkanasche
Vulkanasche birgt zahlreiche Gefahren für Menschen, Sachwerte, Maschinen, Gemeinden und die Umwelt. Einige davon sind unten aufgeführt.
Auswirkungen auf die menschliche Gesundheit:
Menschen, die nach einem Aschefall Asche ausgesetzt sind oder in einer staubigen Umgebung leben, können unter einer Reihe von Problemen leiden. Atemprobleme sind Reizungen der Nase und des Rachens, Husten, bronchitisähnliche Erkrankungen und Atembeschwerden. Diese können durch den Einsatz von Hochleistungs-Staubmasken reduziert werden. Ein Kontakt mit der Asche sollte jedoch nach Möglichkeit vermieden werden.
Langzeitprobleme können die Entwicklung einer als "Silikose" bekannten Krankheit sein, wenn die Asche einen signifikanten Silikagehalt aufweist. Das US-amerikanische Institut für Arbeitssicherheit und Gesundheitsschutz empfiehlt spezielle Arten von Masken für diejenigen, die Vulkanasche ausgesetzt sind. Wer bereits an Problemen wie Bronchitis, Emphysem oder Asthma leidet, sollte eine Exposition vermeiden.
Trockene Vulkanasche kann an einem feuchten menschlichen Auge haften, und die winzigen Aschepartikel verursachen schnell Augenreizungen. Dieses Problem ist am schwerwiegendsten bei Menschen, die Kontaktlinsen tragen. Einige Hautreizungen werden von Personen in Aschebereichen gemeldet. Die Anzahl der Fälle und ihre Schwere sind jedoch gering.
Novarupta Aschenfall: Satellitenbild der Landschaft um den Vulkan Novarupta mit Aschenkonturen und pyroklastischem Fließgebiet des Ausbruchs von 1912, dargestellt als farbige Linien. Satellitenbild von J. Allen (NASA) unter Verwendung von Daten der Global Land Cover Facility der University of Marylands. Kartographie von B. Cole,. Größeres Bild.
Auswirkungen auf die Landwirtschaft:
Vieh leidet unter den gleichen Augen- und Atemproblemen, die oben für Menschen beschrieben wurden. Tiere, die sich durch Weiden ernähren, können nicht mehr fressen, wenn die Asche ihre Nahrungsquelle bedeckt. Diejenigen, die von einer mit Asche bedeckten Nahrungsquelle essen, leiden häufig an einer Reihe von Krankheiten. Landwirte in Aschebereichen müssen ihre Tiere möglicherweise mit Zusatzfutter versorgen, evakuieren oder zur vorzeitigen Schlachtung einsenden.
Ein Sturz von nur wenigen Millimetern führt in der Regel nicht zu schweren Schäden an Weiden und Feldfrüchten. Dickere Ascheansammlungen können jedoch Pflanzen und Weiden schädigen oder töten. Dicke Ansammlungen können den Boden schädigen, indem sie Mikrophyten abtöten und den Eintritt von Sauerstoff und Wasser blockieren. Dies kann zu einem sterilen Bodenzustand führen.
Vulkanaschenschaden: Durch nassen Aschefall beschädigte Gebäude. USGS-Bild. Größeres Bild.
Vulkanasche: USGS-Video über die Auswirkungen von Vulkanasche auf den Flugverkehr.
Auswirkungen auf Gebäude:
Trockene Asche wiegt etwa das Zehnfache der Dichte von Neuschnee. Ein dicker Aschefall auf dem Dach eines Gebäudes kann es überlasten und zum Einsturz bringen (siehe Bild). Die meisten Gebäude sind nicht dafür ausgelegt, dieses zusätzliche Gewicht zu tragen.
Unmittelbar nach einem schweren Aschefall besteht eine der vorrangigen Aufgaben darin, die Asche von den Dächern von Gebäuden zu entfernen. Wenn es regnet, bevor die Asche entfernt wird, kann sie von der Asche absorbiert werden und das Gewicht erhöhen. Nassasche kann eine 20-fache Dichte von Neuschnee haben.
Vulkanasche kann die Dachrinnen eines Gebäudes füllen und die Fallrohre verstopfen. Die Asche alleine kann sehr schwer sein, und wenn sie vom Regen nass wird, zieht das Gewicht oft Rinnen aus Häusern. Asche in Kombination mit Wasser kann Metalldachmaterialien angreifen. Nasse Asche ist auch ein Leiter, und wenn sie sich um die externen elektrischen Elemente eines Gebäudes ansammelt, kann sie zu schweren Verletzungen oder Schäden führen.
Klimaanlagen und Lüftungssysteme können ausfallen oder beschädigt werden, wenn ihre Filter verstopft sind oder ihre Lüftungsöffnungen mit Vulkanasche bedeckt sind. Sich bewegende Teile an Geräten können schnell abgenutzt werden, wenn abrasive Asche zwischen sie gerät.
Auswirkungen auf Geräte:
Feine Asche und Staub können in Gebäude eindringen und Probleme mit Geräten verursachen. Die abrasive Asche kann zu ungewöhnlichem Verschleiß der beweglichen Teile in Elektromotoren führen. Staubsauger, Öfen und Computersysteme sind besonders anfällig, weil sie viel Luft verarbeiten.
Dunkelheit durch vulkanischen Aschefall: Asche in der Luft kann das Sonnenlicht blockieren und Bereiche unter einer Aschewolke mitten am Tag verdunkeln. Vulkan Soufriere Hills, Aufnahme von 1997. USGS-Aufnahme. Größeres Bild.
Auswirkungen auf die Kommunikation:
Vulkanasche kann eine elektrische Ladung aufweisen, die Funkwellen und andere durch die Luft übertragene Sendungen stört. Radio-, Telefon- und GPS-Geräte können möglicherweise keine Signale senden oder empfangen, wenn sich ein ausbrechender Vulkan in der Nähe befindet. Die Asche kann auch physische Einrichtungen wie Kabel, Türme, Gebäude und Geräte beschädigen, die zur Unterstützung der Kommunikation benötigt werden.
Auswirkungen auf Stromerzeugungsanlagen:
Vulkanasche kann zur Abschaltung von Energieerzeugungsanlagen führen. Diese Einrichtungen werden manchmal ausgeschaltet, um Schäden durch die Asche zu vermeiden. Sie können liegen bleiben, bis die Asche entfernt wurde. Dies schützt wichtige Geräte vor Ausfällen, unterbricht jedoch die Stromversorgung für Millionen von Menschen.
Vulkanasche auf Autos auf der Clark Air Base auf den Philippinen nach dem Ausbruch des Mount Pinatubo 1991. Dieser Parkplatz befindet sich ca. 25 Kilometer östlich des Ausbruchs und erhielt ca. 9 Zentimeter Asche. USGS-Bild von R. P. Hoblitt. Größeres Bild.
Auswirkungen auf den Bodentransport:
Der anfängliche Einfluss auf den Transport ist eine Einschränkung der Sichtbarkeit. Die Asche füllt die Luft und blockiert das Sonnenlicht. Es kann mitten am Tag so dunkel wie die Nacht sein. Die Asche bedeckt auch Fahrbahnmarkierungen. Bereits ein Millimeter Asche kann das Zentrum und die Grundlinien einer Autobahn verdecken.
Ein weiterer Einfluss ist auf Autos. Sie verarbeiten enorme Mengen Luft, die Vulkanstaub und Asche enthalten. Dieser wird zunächst vom Luftfilter erfasst, kann aber schnell überfordert werden. Dann gelangt abrasiver Staub in den Motor, der sorgfältig bearbeitete Teile beschädigt und winzige Öffnungen verstopft.
Vulkanasche sammelt sich auf den Windschutzscheiben von Autos an und macht die Verwendung der Scheibenwischer erforderlich. Wenn die Scheibenwischer verwendet werden, kann die abrasive Asche zwischen der Windschutzscheibe und den Scheibenwischern das Fenster zerkratzen und manchmal eine mattierte Oberfläche erzeugen, die nicht durchsichtig ist.
Vulkanstaub und Asche auf den Straßen können zu Traktionsverlusten führen. Wenn die Straßen nass werden, verwandelt sich die trockene Asche in einen sehr rutschigen Schlamm. Straßen und Wege müssen so geschaufelt werden, als wäre ein nicht schmelzender Schnee gefallen.
Ashfall-Schichten auf den Philippinen: A) Abschnitt auf der Santo Tomas-Brücke nördlich von San Narciso, Zambales; 32 km west-südwestlich von vent. Schicht A besteht aus 8 mm Asche in Sandgröße; Schicht B besteht aus 4 mm größtenteils feiner Asche. Man beachte die schwache Normalverteilung der Schicht C und die verstreuten groben Klasten auf der Oberfläche der Ablagerung.
B) Tephra-Fall-Ablagerungen auf einer unbefestigten Straße entlang des Marella-Flusses 10,5 km südwestlich von Vent. Die etwa 4 cm dicke Schicht A besteht aus grober Asche und feinen Lapillen. Schicht B besteht aus mehreren dünnen Ascheschichten; Die Schicht C ist 33 cm dick und der dickste Abschnitt der Bimssteinablagerung, der bisher gefunden wurde. Beachten Sie die normale Bewertung insgesamt, aber 2 cm Bimsstein Lapillus in der oberen linken Ecke. Die Schicht D besteht aus zwei 3 bis 4 cm dicken Schichten feiner Asche, die durch eine Schicht wasseraufbereiteter Bimssteinasche getrennt sind.
C) Tephra-Ablagerungen auf einer unbefestigten Straße, etwa 9 km südöstlich von Vent, nördlich des Gumain-Flusses. Die Schicht B ist 23 cm dick und besteht aus zahlreichen abgestuften Eschenbetten; Die Schicht C ist 31 cm dick und weist im unteren Teil zwei Zonen mit geringfügigen feinen Aschebeschichtungen auf.
D) Abschnitt an der Mündung des Pasig River Canyon, ca. 15 km östlich von Vent. Schicht B ist 10 cm dick und Schicht C ist etwa 18 cm dick; Beachten Sie aschereiche Zonen, die sich durch eine erhöhte Kohäsivität auszeichnen. USGS-Bilder von W.E. Scott und J.J. Haupt. Größeres Bild.
Auswirkungen auf den Luftverkehr:
Moderne Düsentriebwerke verarbeiten enorme Luftmengen. Sie ziehen Luft vorne in den Motor und lassen sie hinten ab. Wenn Vulkanasche in ein Strahltriebwerk gezogen wird, kann sie auf Temperaturen erhitzt werden, die höher sind als die Schmelztemperatur der Asche. Die Asche kann im Motor schmelzen und das weiche, klebrige Produkt kann im Motorinneren haften. Dies beschränkt den Luftstrom durch den Motor und erhöht das Gewicht des Flugzeugs.
Vulkanasche hat in einigen Flugzeugen zum Motorschaden geführt. Zum Glück konnten die Piloten mit ihren restlichen Triebwerken sicher landen. Heute werden Vulkane auf Anzeichen eines Ausbruchs überwacht und Flugzeuge um Gebiete herumgeführt, die möglicherweise Flugasche enthalten.
In der Luft schwebende Vulkanasche kann die Flugzeuge, die mit Hunderten von Stundenkilometern durch die Luft fliegen, beschädigen. Bei diesen Geschwindigkeiten können Ascheteilchen, die auf die Windschutzscheibe auftreffen, die Oberfläche in ein mattes Finish sandstrahlen, das die Sicht des Piloten beeinträchtigt. Das Sandstrahlen kann auch Farbe und Grubenmetall an der Nase und an den Vorderkanten von Flügeln und Navigationsgeräten entfernen.
Auf Flughäfen treten bei Landebahnen die gleichen Probleme auf wie auf Straßen. Die Markierungen auf Landebahnen können mit Asche bedeckt werden. Flugzeuge können beim Landen und Abheben die Traktion verlieren. Und die Asche muss entfernt werden, bevor der normale Betrieb wieder aufgenommen wird.
Die Internationale Zivilluftfahrt-Organisation erkannte die Notwendigkeit an, Piloten und Fluglotsen über Vulkangefahren auf dem Laufenden zu halten. Zu diesem Zweck haben sie mit Regierungsbehörden zusammengearbeitet, um mehrere Beratungszentren für Vulkanasche einzurichten. Diese Zentren überwachen die Vulkanaktivität und melden Aschewolken in ihrem Überwachungsbereich.
Vulkanasche: USGS-Video über die Auswirkungen von Vulkanasche auf den Flugverkehr.
Auswirkungen auf Wasserversorgungssysteme:
Wasserversorgungssysteme können von Aschefällen betroffen sein. Wenn eine Gemeinde eine offene Wasserversorgung wie einen Fluss, einen Stausee oder einen See nutzt, wird die gefallene Asche zu einem schwebenden Material in der Wasserversorgung, das vor der Verwendung herausgefiltert werden muss. Aufbereitungswasser mit suspendierter Schleifasche kann Pumpen und Filteranlagen beschädigen.
Die Asche kann auch vorübergehende Änderungen in der Chemie des Wassers verursachen. Asche in Kontakt mit Wasser kann den pH-Wert senken und die Konzentration der aus dem Aschematerial ausgelaugten Ionen erhöhen. Dazu gehören: Cl, SO4, Na, Ca, K, Mg, F und viele andere.
Auswirkungen auf Abwassersysteme:
Asche, die auf die Straßen der Stadt fällt, gelangt sofort in die Regenwasserkanalisation. Wenn mit Asche beladenes Abwasser verarbeitet wird, kann die suspendierte Asche Geräte und Filter überlasten und Pumpen und Ventile beschädigen. Es wird auch ein Entsorgungsproblem. Ascheschlamm kann zu einem betonähnlichen Material aushärten.
Planung für Vulkanasche
Gemeinden, die sich in der Nähe von Vulkanen oder vor dem Wind befinden und möglicherweise Ascheausbrüche verursachen, sollten die potenziellen Auswirkungen von Vulkanasche in Betracht ziehen und Möglichkeiten zur Bewältigung und Minimierung der Auswirkungen planen. Es ist viel einfacher, sich über ein Problem zu informieren und frühzeitig Maßnahmen zu ergreifen, als sich ohne Vorwarnung einem enormen Problem zu stellen.