火山灰

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火山灰は、大気中に拡散するにつれて細長い扇形に流れ出します。
チリのチャイテン火山2008年の噴火による火山灰の雲は太平洋から大西洋までパタゴニアを横切って伸びています。
2010年4月17日にエイヤフィヤトラヨークトルから上昇する火山灰プルーム
1991年のピナツボ山の噴火の際に、駐車したマクドネルダグラスDC-10-30に火山灰が堆積し、航空機が尾部に停滞しました。落下する灰はと同じように動作しますが、堆積物の重量が建物や車両に深刻な損傷を与える可能性があります。ここで見られるように、堆積物は120トンの旅客機の重心を移動させる可能性があります。

火山灰は、火山噴火の際に生成され、直径2 mm(0.079インチ)未満の岩石、鉱物 結晶火山ガラスの破片で構成されています。[1]火山灰という用語は、2 mmを超える粒子を含む、すべての爆発的噴火生成物(正確にはテフラと呼ばれる)を指すために大まかに使用されることもよくあります。火山灰は、マグマに溶存ガスが存在するときに爆発的な火山噴火の際に形成されます 膨張し、激しく大気中に逃げます。ガスの力がマグマを粉砕し、大気中に放出し、そこで固化して火山岩やガラスの破片になります。マグマ水蒸気噴火の際にマグマが水と接触すると灰も発生し、水が爆発的に蒸気にフラッシュしてマグマが粉砕されます。空中に入ると、灰は風によって数千キロメートル離れたところに運ばれます。

灰は広く分散しているため、動物や人間の健康、航空の混乱、重要なインフラストラクチャ(電力供給システム、電気通信、上下水道ネットワーク、輸送など)の混乱など、社会に多くの影響を与える可能性があります。一次産業(例えば、農業)、建物および構造物。

フォーメーション

ラーグリ近くエストニアにあるピョートル大帝の海軍要塞のカタコンベにある石灰岩の層の間の4億5400万年前の火山灰これは、保存されている最も古い大規模な噴火の1つの残骸です。黒のカメラレンズカバーの直径は58mm(2.3インチ)です。

火山灰は、爆発的な火山噴火とマグマ水蒸気噴火の間に形成され[2] 、火砕密度流での輸送中にも形成される可能性があります。[3]

爆発的噴火は、マグマが上昇するにつれて減圧するときに発生し、溶解した揮発性物質(主に二酸化炭素)が気泡に溶解することを可能にします。[4]より多くの気泡が核形成するにつれて、泡が生成され、マグマの密度が低下し、それが導管を加速します。破砕は、気泡が噴出する混合物の約70〜80 vol%を占めるときに発生します。[5]断片化が発生すると、激しく膨張する気泡がマグマを引き裂いて断片にし、大気中に放出します。ここで固化して灰の粒子になります。フラグメンテーションは、灰を形成する非常に効率的なプロセスであり、水を追加しなくても非常に細かい灰を生成することができます。[6]

火山灰は、マグマ水蒸気噴火の際にも生成されます。これらの噴火の間、マグマが地下水、雪、氷などの水域(海、湖、沼地など)と接触すると、断片化が発生します。水の沸点よりもかなり高温のマグマが水と接触すると、絶縁性の蒸気膜が形成されます(ライデンフロスト効果)。[7]最終的に、この蒸気膜は崩壊し、冷水と高温マグマの直接結合につながります。これにより熱伝達が増加し、水の急速な膨張とマグマの小さな粒子への断片化が起こり、その後火山の噴火口から放出されます。断片化はマグマと水の間の接触面積の増加を引き起こし、フィードバックメカニズムを生み出します[7]。さらなる断片化と微細な灰粒子の生成につながります。

火砕密度流も火山灰粒子を生成する可能性があります。これらは通常、溶岩ドームの崩壊または噴煙柱の崩壊によって生成されます。[8]火砕密度電流内では、粒子が相互作用するときに粒子の摩耗が発生し、その結果、粒子サイズが小さくなり、細粒の灰粒子が生成されます。さらに、流れの中の熱が保存されるため、軽石の破片の二次破砕中に灰が生成される可能性があります。[9]これらのプロセスは、共イグニンブライト火山灰プルームの火砕密度流から除去される非常に細かい粒子の火山灰を大量に生成します。

火山灰の物理的および化学的特性は、主に火山噴火のスタイルによって制御されます。[10]火山は、マグマの化学的性質、結晶含有量、温度、および噴火するマグマの溶存ガスによって制御され、火山爆発指数(VEI)を使用して分類できるさまざまな噴火スタイルを示します。玄武岩質組成物の噴火(VEI 1)は、<10 5 m 3の噴出物を生成しますが、流紋岩質およびデイサイト質組成物の非常に爆発的な噴火(VEI 5+)は、大量(> 10 9 m 3)の噴出物を大気中に注入する可能性があります。[11]

プロパティ

化学

火山灰に含まれる鉱物の種類は、火山灰が噴出したマグマの化学的性質に依存します。ケイ酸塩マグマに含まれる最も豊富な元素がシリコン酸素であることを考えると、火山噴火中に生成されるさまざまなタイプのマグマ(したがって灰)は、シリカ含有量の観点から最も一般的に説明されます。玄武岩の低エネルギー噴火は、一般に(Fe)とマグネシウム(Mg)が豊富な約45〜55%のシリカを含む特徴的な濃い色の灰を生成します。最も爆発的な流紋岩の噴火は珪長質岩を生成しますシリカを多く含む(> 69%)灰であるのに対し、中間組成を持つ他のタイプの灰(安山岩デイサイトなど)のシリカ含有量は55〜69%です。

火山活動中に放出される主なガスは、二酸化炭素水素二酸化硫黄硫化水素一酸化炭素塩化水素です。[12]硫黄およびハロゲンガスと金属は、化学反応、乾性および湿式沈着のプロセス、および火山灰の表面への吸着によって大気から除去さます

さまざまな硫酸塩およびハロゲン化物(主に塩化物およびフッ化物)化合物が、新鮮な火山灰から容易に移動することが長い間認識されてきました。[13] [14]これらの塩は、硫酸塩およびハロゲン化物塩の堆積に関与する陽イオンを供給すると考えられている噴火プルーム内の灰粒子の急速な酸溶解の結果として形成される可能性が最も高いと考えられています。[15]

新鮮な灰浸出液で約55のイオン種が報告されていますが [ 12]通常見られる最も豊富な種は、陽イオンNa +K +Ca2 +およびMg2 +陰イオン Cl-F-およびSO 42です。 −[12] [14]浸出液に存在するイオン間のモル比は、多くの場合、これらの元素がNaClCaSO4などの単純な塩として存在することを示唆しています[12] [16] [17][18] 1980年のセントヘレンズ山の噴火による灰の連続浸出実験では塩化物塩が最も容易に溶解し、次に硫酸塩が続くことがわかった[16] フッ化物化合物は一般に難溶性のみである(例えば、 CaF 2 MgF 2 )、アルカリ金属のフッ化物塩およびヘキサフルオロケイ酸カルシウム(CaSiF 6 )などの化合物を除く[19]新鮮な灰浸出液のpHは、酸性ガス凝縮の存在に応じて大きく変動します(主にガスSO2の結果として)灰の表面の噴煙プルームの HClおよびHF )。

塩の結晶-固体構造は、導体よりも絶縁体として機能します。[20] [21] [22] [23]ただし、塩が水分源(霧、霧、小雨など)によって溶液に溶解すると、灰は腐食性で導電性になる可能性があります。最近の研究によると、火山灰の電気伝導率は、(1)含水率の増加、(2)可溶性塩分含有量の増加、および(3)圧密(かさ密度)の増加とともに増加します。[23]火山灰が電流を伝導する能力は、電力供給システムに重大な影響を及ぼします。

物理的

コンポーネント

火山灰の小さな粒子のクローズアップ、その多くの小さな管状の穴を示しています
セントヘレンズ山からの火山灰の粒子

マグマ噴火中に噴火した火山灰粒子は、ガラス(ガラス質、非結晶性)、結晶性、またはリシック(非マグマ性)粒子のさまざまな部分で構成されています。粘度のマグマ噴火(例えば、ハワイ式およびストロンボリ式玄武岩質噴火)中に生成された灰は、噴火過程に応じてさまざまな火砕物を生成します。たとえば、ハワイの溶岩噴泉から収集された灰は、マイクロライト(小さなクエンチ結晶、希少鉱物マイクロライトと混同しないでください)と斑晶を含むシデロメレン(薄茶色の玄武岩ガラス)パイロクラストで構成されています玄武岩(例えば、ストロンボリ式)のわずかに粘性の高い噴火は、不規則なシデロメレン液滴からブロック状のタキライト(黒から暗褐色の微結晶火砕物)まで、さまざまな火砕物を形成します。対照的に、ほとんどの高シリカ灰(流紋岩など)は、軽石(ガラス質の破片)、個々の斑晶(結晶分別)、およびいくつかの岩石断片(捕獲岩)の粉砕物で構成されています。[24]

水蒸気爆発中に生成された灰は、主に熱水変質した岩石と鉱物の破片で構成され、通常は粘土マトリックスに含まれています。粒子表面はゼオライト結晶または粘土の凝集体でコーティングされていることが多く、火砕物の種類を識別するために残されたテクスチャのみが残っています。[24]

形態学

ワシントン州セントヘレンズ山の1980年の噴火による灰の光学顕微鏡画像

火山灰の形態(形状)は、さまざまな噴火と運動学的プロセスによって制御されています。[24] [25]低粘度のマグマ(玄武岩など)の噴火は、通常、液滴状の粒子を形成します。この液滴の形状は、表面張力、液滴がベントを離れた後の加速、および空気摩擦によって部分的に制御されます。形状は、完全な球体から、滑らかで流動的な表面を持つさまざまなねじれた細長い液滴までさまざまです。[25]

高粘度マグマ(例えば、流紋岩、デイサイト、およびいくつかの安山岩)の噴火からの灰の形態は、崩壊前の上昇するマグマの小胞の形状に主に依存しています。小胞は、マグマが固化する前にマグマガスが膨張することによって形成されます。灰粒子は様々な程度の小胞性を有する可能性があり、小胞粒子は非常に高い表面積対体積比を有する可能性がある。[24]穀物の表面に見られる凹み、谷、および管は、壊れた小胞壁の結果です。[25]高粘度のマグマ噴火によるガラス質の灰粒子は、通常、角張った小胞状の破片または薄い小胞壁の破片ですが、火山灰中の岩石状の破片は、通常、等角であるか、角張って丸みを帯びています。灰の岩石の形態は、一般に、マグマが表面に到達するときにガスの破砕または爆発的な膨張によって破壊された壁の岩石の機械的特性によって制御されます。

マグマ水蒸気噴火による灰粒子の形態は、冷却されたマグマ内の応力によって制御され、その結果、ガラスが断片化して小さな塊状またはピラミッド型のガラス灰粒子が形成されます。[24]マグマ水蒸気噴火における粒子形状の決定において、小胞の形状と密度はわずかな役割しか果たしません。この種の噴火では、上昇するマグマは地表水または地表水と接触すると急速に冷却されます。「急冷された」マグマ内の応力は、5つの主要なパイロクラスト形状タイプへの断片化を引き起こします。(2)小胞性で不規則で表面が滑らか。(3)コケのような複雑な; (4)球形または液滴状; (5)板状。

密度

個々の粒子の密度は、噴火によって異なります。火山灰の密度は、パミスの場合は700〜1200 kg / m 3、ガラスの破片の場合は2350〜2450 kg / m 3、結晶の場合は2700〜3300 kg / m 3 、リシック粒子の場合は2600〜3200 kg / m3の間で変化します。[26]粗くて密度の高い粒子が発生源の近くに堆積するため、細かいガラスと軽石の破片は、遠位の場所に降灰堆積物が比較的豊富に含まれています。[27]高密度と硬度(モース硬度スケールで約5 )と高度な角度により、一部の種類の火山灰(特にシリカ含有量の高いもの)は非常に研磨性が高くなります。

粒度

4つの火山噴火による火山灰の粒径分布

火山灰は、直径が2 mm未満の粒子(火砕物)で構成され(2 mmを超える粒子は火山礫に分類されます)[1]、1μmまで細かくすることができます。[10]灰の全体的な粒度分布は、マグマの組成が異なると大きく異なる可能性があります。いくつかの予測を行うことはできますが、堆積物の粒径特性をそれを生成したイベントの粒径特性と相関させる試みはほとんど行われていません。流紋岩質マグマは、粘性が高く爆発性が高いため、一般に玄武岩質マグマに比べて粒子の細かい物質を生成します。おそらく、噴火前のマグマのベシクルサイズが苦鉄質マグマのベシクルサイズよりも小さいため、珪質爆発的噴火の場合、細かい灰の割合が高くなります。[1]火砕流が交連によって高い割合の細かい灰を生成するという十分な証拠があり、このプロセスは火山導管内でも発生し、マグマの破砕面が山頂火口よりかなり下にあるときに最も効率的である可能性があります。[1]

分散

1990年4月21日の噴火後、リダウト山から上昇する火山灰プルーム

火山灰の粒子は、高速で噴出口から噴出されるときに噴煙柱に組み込まれます。噴火からの最初の勢いは、柱を上向きに推進します。空気がカラムに引き込まれると、かさ密度が低下し、大気中に浮遊して上昇し始めます。[8]カラムのかさ密度が周囲の大気と同じになると、カラムは上昇を停止し、横方向に動き始めます。横方向の分散は卓越風によって制御され、噴煙柱の高さ、灰の粒子サイズ、気候条件(特に風向と強さおよび湿度)に応じて、火山から数百から数千キロ離れた場所に灰が堆積する可能性があります。[28]

1994年5月、パガン島での火山灰プルームと火山灰の落下

火山灰の落下は噴火直後に発生し、粒子密度によって制御されます。最初に、粗い粒子はソースの近くで落下します。これに続いて、カラム内の粒子の凝集の結果である付加的な火山礫のフォールアウトが発生します。[29]カラムが風下に移動するため、最終段階では灰のフォールアウトはあまり集中しません。これにより、火山からの距離が増すにつれて、一般に厚さと粒径が指数関数的に減少する降灰堆積物が生じます。[30]細かい灰の粒子は、数日から数週間大気中に残り、高高度の風によって拡散する可能性があります。これらの粒子は航空業界に影響を与える可能性があり(影響のセクションを参照)、ガス粒子と組み合わされて地球の気候に影響を与える可能性があります。

火山灰プルームは火砕密度流より上に形成される可能性があり、これらは共イグニンブライトプルームと呼ばれます。火砕密度の流れが火山から離れるにつれて、より小さな粒子が水簸によって流れから取り除かれ、主な流れの上にある密度の低いゾーンを形成します。次に、このゾーンは周囲の空気を巻き込み、浮力のある共イグニンブライトプルームが形成されます。これらのプルームは、火砕密度流内の摩耗のために、マグマ噴火プルームと比較して、細かい灰粒子の濃度が高くなる傾向があります。[1]

影響

人口増加は、火山灰の落下イベントへの人間の曝露を増加させ、火山中心に近い、よりリスクの高い地域への都市開発の漸進的な侵入を引き起こしました。[31]

火山灰が人間に及ぼす直接的な健康への影響は、通常、健康状態が正常な人にとっては短期的で軽度ですが、長期間の曝露は、保護されていない労働者に珪肺症のリスクをもたらす可能性があります。[32]より大きな懸念は、特に人口密度が高くサービスに対する高い需要を生み出す都市部において、現代社会を支援するために重要なインフラストラクチャーへの火山灰の影響です。[33] [31]最近のいくつかの噴火は、わずか数ミリメートルまたは数センチメートルの火山灰を受け取った都市部の脆弱性を示しています。[34] [35] [36] [37] [38]これは、輸送、 [39] 電気[40] [41] [42] 下水雨水システムの混乱を引き起こすのに十分でした。[43]費用は、事業の混乱、損傷した部品の交換、および保険による損失から発生しました。重要なインフラストラクチャへの降灰の影響は、複数のノックオン効果を引き起こす可能性もあり、多くの異なるセクターやサービスを混乱させる可能性があります。[44]

火山灰の落下は、物理的、社会的、経済的に破壊的です。[45]火山灰は、近位地域と発生源から数百キロメートル離れた地域の両方に影響を与える可能性があり[46]、さまざまなインフラストラクチャセクターで混乱と損失を引き起こします。影響は以下に依存します。灰の粒径と化学的性質; 灰が湿っているか乾いているか。灰の落下の持続時間; 降灰による影響を減らすために採用された準備管理予防(緩和)対策。インフラストラクチャと社会のさまざまなセクターがさまざまな方法で影響を受け、脆弱ですさまざまな影響や結果に。これらについては、次のセクションで説明します。[31]

人間と動物の健康

空気中に浮遊する直径10µm未満の灰粒子は吸入可能であることが知られており、灰の落下にさらされた人々は呼吸器の不快感、呼吸困難、目や皮膚の炎症、鼻や喉の症状を経験しています。[47]これらの影響のほとんどは短期的なものであり、既存の呼吸器疾患のない人に重大な健康リスクをもたらすとは考えられていません。[32]火山灰の健康への影響は、火山灰の粒子サイズ、鉱物組成、および灰粒子の表面の化学的コーティングに依存します。[32]潜在的な呼吸器症状に関連する追加の要因は、曝露の頻度と期間、空気中の灰の濃度、および呼吸可能な灰の割合です。PM10として知られる直径10µm未満の灰の割合社会的状況も重要かもしれません。

遊離結晶性シリカへの曝露は珪肺症を引き起こすことが知られているため、火山灰の落下による慢性的な健康への影響が考えられます。これに関連する鉱物には、石英クリストバライトトリジマイトが含まれ、これらはすべて火山灰に含まれている可能性があります。これらのミネラルは、新しいミネラルを作成するためにSiO 2が別の元素に結合していないため、「フリー」シリカと呼ばれます。しかし、58%未満のSiO 2を含むマグマは、結晶性シリカを含む可能性は低いと考えられています。[32]

灰中の遊離結晶性シリカへの曝露レベルは、国際がん研究機関によってヒト発がん性物質として分類されているため、職業研究(鉱業、建設、その他の産業で働く人々)で珪肺症のリスクを特徴づけるために一般的に使用されますがんについてガイドライン値は暴露のために作成されましたが、論理的根拠は不明確です。空気中の粒子状物質(PM10)に関する英国のガイドラインは50 µg / m 3であり、結晶性シリカへの暴露に関する米国のガイドラインは50 µg / m3です[32]曝露レベルに関するガイドラインは、一般集団に重大な健康影響を与えることなく、短期間で超えることができると考えられています。[47]

火山灰への曝露から発生した珪肺症の記録された症例はありません。ただし、これらの影響を評価するために必要な長期的な研究が不足しています。[32]

灰の摂取

湖や貯水池などの地表水源の場合、灰から浸出するイオン種の希釈に利用できる量は一般に多くなります。灰浸出液の最も豊富な成分(Ca、Na、Mg、K、Cl、F、およびSO 4)は、ほとんどの地表水にかなりの濃度で自然に発生するため、火山の降灰からの入力の影響をあまり受けず、懸念も少ないです。フッ素を除いて、飲料水中元素マンガンアルミニウム一般的に、火山の降灰によってバックグラウンドレベルを超えて濃縮されます。これらの要素は水に金属味を与える可能性があり、白器の赤、茶色、または黒の汚れを生成する可能性がありますが、健康上のリスクとは見なされません。火山性の降灰が、浸出液中に非常に低いレベルで発生する水銀(Hg)や(Pb)などの有毒な微量元素の給水に問題を引き起こしたことは知られていない。[42]

灰を摂取すると家畜に害を及ぼし、歯の擦り傷を引き起こす可能性があり、フッ素含有量が高い場合は、放牧動物にフッ素中毒(100 µg / gを超えるレベルで毒性)を引き起こします。[48]アイスランドでの1783年のラキの噴火から、高レベルのフッ化水素を含む灰とガスの化学的性質の結果として、人間と家畜にフッ素中毒が発生したことが知られているニュージーランドでの1995/96年のルアペフ山の噴火に続いて、わずか1〜3 mmの灰の落下で土地を放牧しているときに、フッ素症の影響を受けた後、2,000頭の雌羊と子羊が死亡しました。[48]フッ素症の症状灰にさらされた牛の中には、歯の茶色黄色から緑黒色の斑毛、および脚と背中の圧力に対する過敏症が含まれます。[49]灰の摂取は、胃腸の閉塞を引き起こす可能性もあります。[37]チリの1991年のハドソン山火山噴火から灰を摂取した羊は、下痢と衰弱に苦しんでいた。

家畜へのその他の影響

羊の後ろの羊毛に灰がたまると、かなりの体重が増え、倦怠感や立ち上がれない羊につながる可能性があります。降雨は灰に重量を加えるため、大きな負担になる可能性があります。[50]火山の噴火に伴う栄養不良が繊維の品質に影響を与えるため、羊毛の破片が落ちて羊に残っている羊毛は無価値になる可能性があります。[50]噴火の際に通常の牧草地や植物が火山灰に覆われるようになると、一部の家畜は有毒植物を含む入手可能なものを何でも食べることに頼る可能性があります。[51]チリとアルゼンチンでは、火山の噴火に関連して自然流産を起こした山羊と羊の報告があります。[52]

インフラストラクチャ

電気

火山灰汚染による電気絶縁体のフラッシュオーバー

火山灰は、発電、変換、送電、配電のすべてのレベルで電力供給システムに混乱を引き起こす可能性があります。電力供給プロセスで使用される装置の灰汚染から生じる4つの主な影響があります:[53]

  • 高電圧絶縁体への灰の湿った堆積物は、漏れ電流(絶縁体表面を横切る少量の電流)を開始する可能性があり、十分な電流が達成されると、「フラッシュオーバー」(絶縁体の表面の周りまたは表面上の意図しない放電)を引き起こす可能性があります素材)。
結果として生じる短絡電流が回路ブレーカーをトリップするのに十分な高さである場合、サービスの中断が発生します。変圧器の絶縁体(ブッシング)全体での灰によるフラッシュオーバーは、絶縁体を修復不能に燃焼、エッチング、または亀裂させる可能性があり、電源の遮断につながる可能性があります。[54]
  • 火山灰は、金属製の装置、特に水車や風力タービン、変圧器や火力発電所の冷却ファンなどの可動部品を侵食、穴あけ、洗掘する可能性があります。[55]
  • 一部の灰堆積物のかさ密度が高いと、灰の負荷により、線の破損や鉄塔や木の棒の損傷を引き起こす可能性があります。これは、火山灰および/またはラインや構造物が濡れていて(たとえば、降雨によって)、10mm以上の火山灰が落下した場合に最も危険です。細粒の灰(直径<0.5 mmなど)は、線や構造物に最も簡単に付着します。火山灰はまた、張り出した植生に負荷をかけ、それを線に落とす可能性があります。ライン上に雪や氷が堆積し、植生が張り出していると、ラインやその他のハードウェアの破損や崩壊のリスクがさらに高まります。[56]
  • 降灰がおさまるまで、または機器の電源を切った状態で清掃するまで、脆弱な接続ポイント(変電所など)または回路の停止を制御します。[57]

飲料水供給

火山灰を含んだ水によって侵食されたアゴヤン水力発電所からの水車

地下水供給システムは、降灰による衝撃に対して弾力性がありますが、空中の灰は井戸ポンプの動作を妨げる可能性があります。バックアップ生成がない場合、降灰によって引き起こされる停電も電動ポンプを混乱させる可能性があります。[58]

降灰の物理的影響は、水処理プラントの運用に影響を与える可能性があります。灰は吸気構造を塞ぎ、ポンプインペラに深刻な摩耗損傷を引き起こし、ポンプモーターに過負荷をかける可能性があります。[58]灰は、直接の放射性降下物と取水水を介して、オープンサンドフィルターなどのろ過システムに入る可能性があります。ほとんどの場合、降雨の影響を管理するためにメンテナンスを増やす必要がありますが、サービスが中断することはありません。[59]

飲料水処理の最終ステップは、最終的な飲料水に感染性微生物がないことを確認するための消毒です。浮遊粒子(濁度)は微生物の成長基質を提供し、微生物を消毒処理から保護することができるため、水処理プロセスが浮遊粒子の良好なレベルの除去を達成することが非常に重要です。適切な消毒を確実にするために、塩素消毒を増やす必要があるかもしれません。[60]

多くの家庭や一部の小さなコミュニティでは、飲料水の供給を雨水に依存しています。屋根供給システムは、貯蔵タンクの容積に比べて表面積が大きいため、降灰による汚染に対して非常に脆弱です。このような場合、降灰からの化学汚染物質の浸出は健康上のリスクになる可能性があるため、水を飲むことはお勧めしません。降雨の前に、タンク内の水を保護するためにダウンパイプを切断する必要があります。さらなる問題は、新鮮な火山灰の表面コーティングが酸性になる可能性があることです。ほとんどの地表水とは異なり、雨水は一般にアルカリ度(酸中和能力)が非常に低いため、降灰によりタンクの水が酸性化する可能性があります。これは、鉛直溶解性の問題につながる可能性があります、それによって水はそれが接触する材料に対してより攻撃的です。これは、屋根に鉛ヘッドネイルまたは鉛フラッシングが使用されている場合、および銅パイプやその他の金属製配管継手に使用されている場合に特に問題になる可能性があります。[61]

降雨の際には、通常、浄化のために水資源に大きな需要があり、不足が生じる可能性があります。不足は消防などの主要なサービスを危険にさらし、衛生、衛生、飲用のための水不足につながる可能性があります。地方自治体は、この水需要を注意深く監視および管理する必要があり、水を使用しない浄化方法(たとえば、ホースではなくほうきでの浄化)を利用するように一般市民に助言する必要がある場合があります。[62]

廃水処理

廃水ネットワークは、給水ネットワークと同様に被害を受ける可能性があります。下水道から灰を排除することは非常に困難です。雨水/下水道を組み合わせたシステムが最も危険にさらされています。灰は、違法な接続(たとえば、屋根のダウンパイプから)、交差接続、マンホールの蓋の周り、または下水道管の穴や亀裂を介して雨水が流入/浸透する下水道に流入します。[63] [64]

処理プラントに流入する灰を含んだ下水は、ステップスクリーンや回転スクリーンなどの機械的な事前スクリーニング装置の故障を引き起こす可能性があります。システムにさらに浸透する灰は、生物学的反応器の容量を落ち着かせて減少させるだけでなく、スラッジの量を増やし、その組成を変化させます。[64]

航空機

火山灰の雲に飛んでいる航空機が被る主な損傷は、フロントガラスや翼の前縁などの前向きの表面の摩耗、およびエンジンを含む表面の開口部への灰の蓄積です。[65]フロントガラスと着陸灯の摩耗は視界を低下させ、パイロットは計器に頼らざるを得なくなります。ただし、一部の機器では、センサー(ピトー管など)が灰で詰まる可能性があるため、誤った測定値が得られる場合があります。エンジンに灰を取り込むと、コンプレッサーのファンブレードに摩耗による損傷が発生します。灰はコンプレッサーの鋭いブレードを侵食し、その効率を低下させます。灰は燃焼室で溶けて溶融ガラスを形成します。その後、灰はタービンブレード上で固化し、空気の流れを遮断し、エンジンを失速させます。[66]

ほとんどの灰の組成は、その溶融温度が最新の大型ジェットエンジンの動作温度(> 1000°C)内にあるようなものです。[67]衝撃の程度は、プルーム内の灰の濃度、航空機がプルーム内で費やす時間の長さ、およびパイロットがとる行動に依存します。重要なことに、灰、特に火山ガラスが溶けると、タービンノズルガイドベーンに再固化した灰が蓄積し、コンプレッサーが停止してエンジン推力が完全に失われる可能性があります。[68]ストールの可能性を検出した場合のエンジン制御システムの標準的な手順は、問題を悪化させる可能性のある出力を上げることです。パイロットは、180°下降することにより、エンジン出力を下げ、クラウドからすばやく出ることが推奨されます。[68]火山灰の雲の中に存在する火山ガスは、エンジンやアクリル製のフロントガラスに損傷を与える可能性があり、成層圏ではほとんど目に見えないエアロゾルとして長期間存続する可能性があります。[69]

発生

灰との遭遇の結果としてジェット機に損傷を与える例はたくさんあります。1982年6月24日、ブリティッシュ・エアウェイズの ボーイング747-236B9便)がインドネシアのガルングン山の噴火による灰の雲の中を飛行し、4つのエンジンすべてが故障しました。飛行機は、エンジンが再始動する前の16分で24,000フィート(7,300 m)降下し、航空機が緊急着陸できるようになりました。1989年12月15日、KLMボーイング747-400867便)も、アラスカのリダウト山から灰の雲に飛び込んだ後、4つのエンジンすべての電力を失いました。 4分間で14,700フィート(4,500 m)を落とした後、エンジンは衝突のわずか1〜2分前に始動しました。被害総額は8000万米ドルで、飛行機の修理には3か月の作業が必要でした。[67] 1990年代、フィリピンのピナツボ山の1991年の噴火の結果として、民間航空機(一部は空中、その他は地上)によってさらに1億米ドルの損害が発生した[67]

2010年4月、アイスランドのエイヤフィヤトラヨークトル火山の噴火による上層大気の火山灰の存在により、ヨーロッパ中の空域が影響を受け、多くのフライトがキャンセルされました。これは前例のないことでした。[70] 2010年4月15日、フィンランド空軍は、ボーイングF-18ホーネット戦闘機の1つのエンジンによる火山の塵の摂取による損傷が見つかったため、訓練飛行を停止した[71] 2010年4月22日、ジェット機のエンジンに火山灰の堆積物が見つかったため、英国空軍の台風訓練飛行も一時的に中断された。[72] 2011年6月、チリのプジェウエコルドンカウルの噴火に続いて、チリ、アルゼンチン、ブラジル、オーストラリア、ニュージーランドで同様の空域の閉鎖がありました[73]

検出
世界中の9つのVAACのカバレッジ
エアバスA340試験機の胴体に搭載されたAVOID計器

火山灰の雲は、それらを検出するための機内コックピット機器が存在しないため、航空機から検出するのは非常に困難です。しかし、最近、CSIRO Australia [75]ノルウェー航空研究所でパイロットが灰の噴煙を検出できるようにするために、 Fred Prata博士[74]によって、空中火山物体赤外線検出器(AVOID)と呼ばれる新しいシステムが開発されました。 60 km(37マイル)先まで安全に飛行します。[76]システムは、火山灰を検出するように調整された、前向きの表面に取り付けられた2台の高速サンプリング赤外線カメラを使用します。このシステムは、<1 mg / m3から> 50 mg / m 3の灰濃度を検出でき、パイロットに約7〜10分の警告を与えます。[76]カメラはeasyJet航空会社[79] AIRBUSとNicarnicaAviation(Dr Fred Prataによって共同設立)によってテストされました[ 77 ] [ 78 ] 結果は、システムが最大60kmおよび最大10,000フィート[80]の距離で機能する可能性があることを示しましたが、いくつかの重要な変更なしではそれ以上は機能しませんでした。

さらに、地上および衛星ベースの画像、レーダー、およびLIDARを使用して、火山灰の雲を検出できます。この情報は、気象機関、火山観測所、航空会社の間で、火山灰アドバイザリーセンター(VAAC)を介して渡されます。世界の9つの地域のそれぞれに1つのVAACがあります。VAACは、アッシュクラウドの現在および将来の範囲を説明するアドバイザリを発行できます。[81]

空港システム

火山灰は、飛行中の運用に影響を与えるだけでなく、地上の空港の運用にも影響を与える可能性があります。灰のわずかな蓄積は、視界を低下させ、滑走路や誘導路を滑りやすくし、通信や電気システムに侵入し、地上サービスを中断し、建物や駐車中の航空機に損傷を与える可能性があります。[82]数ミリメートルを超える灰の蓄積は、空港が完全な運用を再開する前に除去する必要があります。灰は(降雪とは異なり)消えることはなく、風や航空機によって再び動員されないように処分する必要があります。[83]

陸上輸送

灰は、道路や車両、鉄道や港、輸送など、広範囲にわたる輸送システムを数時間から数日間混乱させる可能性があります。灰が落ちると視界が悪くなり、運転が困難で危険になります。[26]さらに、高速走行車は灰をかき混ぜ、渦巻く雲を作り、進行中の視界の危険を永続させます。灰の蓄積は、特に濡れているときに牽引力を低下させ、道路標示を覆います。[26]きめの細かい灰は、車の開口部に浸透し、ほとんどの表面、特に可動部品の間を摩耗させる可能性があります。エアフィルターとオイルフィルターが詰まり、頻繁に交換する必要があります。鉄道輸送は脆弱性が低く、主に視界の低下によって混乱が生じます。[26]

海上輸送も火山灰の影響を受ける可能性があります。降灰により、空気とオイルのフィルターがブロックされ、エンジンに取り込まれると可動部品が摩耗します。降灰時の視界の低下は、航行に影響を与えます。ベシキュレートされた灰(軽石スコリア)は「軽石ラフト」の水面に浮かび、取水口をすぐに詰まらせ、機械の過熱につながる可能性があります。[26]

コミュニケーション

電気通信およびブロードキャストネットワークは、次の方法で火山灰の影響を受ける可能性があります。信号強度の減衰と減少。機器の損傷; ユーザーの要求によるネットワークの過負荷。火山灰による信号の減衰は十分に文書化されていません。しかし、1969年のスルツェイ島の噴火と1991年のピナツボ山の噴火に続いて通信が途絶えたという報告があります。ニュージーランドに本拠を置くAucklandEngineering Lifelines Groupの調査によると、灰からの電気通信信号への影響は、衛星通信などの低周波サービスに限定されると理論的に決定されました。[37]信号の干渉は、火山の噴火プルーム内で頻繁に発生するため、雷によっても引き起こされる可能性があります。[84]

直接の降灰により通信機器が破損する恐れがあります。最新の機器のほとんどは、空調ユニットからの絶え間ない冷却を必要とします。これらは灰による閉塞の影響を受けやすく、冷却効率が低下します。[85]大量の火山灰が落下すると、火山灰の負荷により、通信回線、マスト、ケーブル、アンテナ、アンテナ皿、塔が崩壊する可能性があります。湿った灰はまた、金属部品の腐食を加速させる可能性があります。[37]

最近の噴火の報告によると、通信ネットワークの最大の混乱は、ユーザーの需要が高いために過負荷になっていることです。[26]これは多くの自然災害に共通しています。[86]

コンピュータ

コンピューターは火山灰の影響を受ける可能性があり、降灰時に機能と使いやすさが低下しますが、完全に故障する可能性はほとんどありません。[87]最も脆弱なコンポーネントは、冷却ファンCDドライブキーボードマウスタッチパッドなどの機械コンポーネントです。これらのコンポーネントは、きめの細かい灰で詰まり、動作を停止する可能性があります。ただし、ほとんどの場合、圧縮空気で洗浄することで正常な状態に戻すことができます。湿った灰は、デスクトップコンピュータ内で電気的短絡を引き起こす可能性があります。ただし、ラップトップコンピューターには影響しません。[87]

建物と構造物

建物や構造物への損傷は、屋根の完全または部分的な崩壊から、外部および内部の材料の壊滅的でない損傷にまで及ぶ可能性があります。影響は、灰の厚さ、湿っているのか乾いているのか、屋根と建物の設計、および建物内に入る灰の量によって異なります。灰の比重は大幅に変動する可能性があり、雨はこれを50〜100%増加させる可能性があります。[10]灰の負荷に関連する問題は、雪の問題と似ています。ただし、1)灰からの負荷は一般にはるかに大きく、2)灰は溶けず、3)灰は、特に雨が降った後、雨どいを詰まらせて損傷させる可能性があるため、灰はより深刻です。灰の負荷への影響は、屋根の傾斜、建設資材、屋根のスパンとサポートシステム、建物の築年数とメンテナンスなど、建物の設計と建設によって異なります。[10]一般に、平らな屋根は、急勾配の屋根よりも損傷や崩壊の影響を受けやすくなっています。滑らかな材料(板金またはガラス)で作られた屋根は、粗い材料(茅葺、アスファルト、または木製の屋根板)で作られた屋根よりも灰を落とす可能性が高くなります。屋根の崩壊は、広範囲にわたる負傷や死亡、物的損害につながる可能性があります。たとえば、1991年6月15日のピナツボ山の噴火の際の灰による屋根の崩壊により、約300人が死亡しました。[88]

環境と農業

火山灰は環境に悪影響を与える可能性があり、降灰ゾーン内にはさまざまな環境条件が存在するため、予測が困難な場合があります。自然の水路は、都市の給水ネットワークと同じように影響を受ける可能性があります。灰は水の濁度を増加させ、より低い深さに到達する光の量を減らすことができ、水中の水生植物の成長を阻害し、その結果、魚介類などのそれらに依存する種に影響を与える可能性があります[89]濁度が高いと、魚のえらが溶存酸素を吸収する能力にも影響を与える可能性があります[90]酸性化も起こり、水のpHが低下し、環境に生息する動植物に影響を与えます。灰に高濃度のフッ化物が含まれていると、フッ化物汚染が発生します。[91]

灰の蓄積は、園芸および農業産業の一部である牧草地、植物および樹木にも影響を及ぼします。薄い火山灰の落下(<20 mm)は家畜の摂食を妨げる可能性があり、蒸散光合成を阻害し、成長を変える可能性があります。1980年のセントヘレンズ山と1995/96年のルアペフ山の噴火に続いて発生したようなマルチング効果とわずかな施肥効果により、牧草地の生産が増加する可能性があります。[92] [93]より重い滝は牧草地と土壌を完全に埋め、牧草地の死と酸素欠乏による土壌の殺菌につながります。植物の生存は、火山灰の厚さ、火山灰の化学的性質、火山灰の圧密、降雨量、埋没期間、および火山灰落下時の植物の茎の長さに依存します。[10]

若い森林(樹齢2年未満の木)は、灰の落下のリスクが最も高く、100mmを超える灰の堆積物によって破壊される可能性があります。[94]降灰により成熟した樹木が死滅する可能性は低いですが、降灰が激しい場合(> 500 mm)に、降灰により大きな枝が折れる可能性があります。特に灰の落下内に粗い灰成分がある場合、樹木の落葉も発生する可能性があります。[10]

灰堆積物の厚さによっては、降灰後の土地修復が可能な場合があります。リハビリテーション治療には以下が含まれます。堆積物と埋没土の混合; 地表からの灰堆積物の削り取り; 灰の堆積物の上に新しい表土を適用します。[37]

相互依存

Eyjafjallajökull2010の噴火による火山の降灰の影響の相互依存性

重要なインフラストラクチャとインフラストラクチャサービスは、医療、ポリシング、緊急サービス、および水、廃水、電力と輸送のリンクなどのライフラインを提供するために、現代社会の機能に不可欠です。多くの場合、重要な施設自体は、操作性のためにそのようなライフラインに依存しているため、ハザードイベントによる直接的な影響とライフラインの中断による間接的な影響の両方に対して脆弱になります。[95]

ライフラインへの影響も相互に依存している可能性があります。各ライフラインの脆弱性は、ハザードのタイプ、その重要なリンケージの空間密度、重要なリンケージへの依存、損傷に対する感受性とサービス復旧の速度、修理または年齢、および制度的特性または所有権に依存する可能性があります。[33]

2010年にアイスランドで発生したエイヤフィヤトラヨークトルの噴火は、現代社会における火山灰の落下の影響と、インフラストラクチャサービスの機能への依存を浮き彫りにしました。このイベントの間、航空業界は、2010年4月の6日間のヨーロッパ領空の閉鎖とその後の2010年5月の閉鎖により、15〜25億ユーロの事業中断損失を被りました。[96]この出来事による灰の落下は、農業産業での地元の作物の損失、観光産業での損失、アイスランドの道路と橋の破壊(氷河の融雪水との組み合わせ)、および緊急対応と浄化に関連する費用を引き起こしたことも知られています。しかし、ヨーロッパ全体で、旅行の混乱、保険業界、郵便サービス、およびヨーロッパ全体と世界中での輸出入に関連するさらなる損失がありました。これらの結果は、単一のイベントからの影響の相互依存性と多様性を示しています。[38]

準備、緩和、管理

赤いシャツを着た男が掃除をしている
ホースを持って火山灰に水を噴霧している男性
2014年のケルート噴火時の2つの管理方法:掃引(上)と水噴霧(下)

降灰の準備には、建物の密閉、インフラストラクチャと家屋の保護、および降灰が終わり、浄化を開始できるまで続く十分な食料と水の供給が含まれる必要があります。防塵マスクを着用して、灰の吸入を減らし、呼吸器の健康への影響を軽減することができます。[47]ゴーグルは、目の炎症から保護するために着用することができます。

自宅では、火山活動についての情報を常に入手し、代替の避難場所の緊急時対応計画を立てることは、降灰イベントへの十分な準備を構成します。これにより、灰の落下に関連するいくつかの影響を防ぎ、影響を減らし、そのようなイベントに対処するための人間の能力を高めることができます。懐中電灯、電子機器を火山灰の侵入から保護するためのプラスチックシート、電池式のラジオなどのいくつかのアイテムは、火山灰の落下イベント中に非常に役立ちます。[10]

実施されている緩和措置を通知するために、事前にコミュニケーション計画を立てる必要があります。サービスの中断を減らし、機能をできるだけ早く戻すために、降灰イベントの前にスペアパーツとバックアップシステムを設置する必要があります。十分な準備には、灰の落下が発生する前に、灰のさらなる移動を回避し、浄化を支援するために、灰の処分場所を特定することも含まれます。[97]

灰を管理するためのいくつかの効果的な技術が開発されており、これには、洗浄方法と洗浄装置、および損傷を軽減または制限するための措置が含まれます。後者には、次のような開口部のカバーが含まれます:降灰イベント中の空気と水の取水口、航空機エンジンと窓。道路は、灰の落下を一掃するために閉鎖されるか、または速度制限が設定されて、運転者が運動の問題を発症し、灰の落下後に立ち往生するのを防ぐことができます。[98]地下水システムまたは廃水ネットワークへのさらなる影響を防ぐために、排水路とカルバートのブロックを解除し、灰がシステムに入るのを防ぐ必要があります。[97]灰は、灰の再移動を防ぎ、浄化を助けるために、水をまき散らすことによって湿らせることができます(ただし、飽和させることはできません)。[98]重要な施設の浄化作業の優先順位付けと浄化努力の調整も、優れた管理慣行を構成します。[97] [98] [99]

降灰量が5cm以上になる可能性のある場所では家畜を避難させることをお勧めします。[100]

火山灰土壌

火山灰の主な用途は、土壌濃縮剤です。灰の中のミネラルが雨や他の自然のプロセスによって土壌に洗い流されると、それは土壌と混ざり合ってアンディソル層を作ります。この層は栄養素が非常に豊富で、農業での使用に非常に適しています。火山島に緑豊かな森が存在するのは、多くの場合、リン窒素が豊富な黒ボク土で樹木が成長し繁栄している結果です。[101]火山灰は、砂の代わりに使用することもできます。[102]

も参照してください

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外部リンク