JCU Vulkanisch Gas
JCU Vulkanisch Gas
JCU Vulkanisch Gas
You also want an ePaper? Increase the reach of your titles
YUMPU automatically turns print PDFs into web optimized ePapers that Google loves.
Vulkaanuitbarsting op IJsland:<br />
zure ervaring in Nederland?<br />
Naast de<br />
“gewone”<br />
vulkanische<br />
gevaren …<br />
<strong>JCU</strong> module – Dynamische Aarde<br />
<strong>Gas</strong><br />
Het sluipende gevaar:<br />
<strong>Vulkanisch</strong>e<br />
chemicaliën<br />
Onderzeese kraters<br />
“vervuilen” de oceanen<br />
Hydrothermaal<br />
water<br />
As<br />
Ondanks lage<br />
concentraties in de<br />
mantel …<br />
S 250 ppm<br />
F 25 ppm<br />
Cl 17 ppm<br />
Br 0.05 ppm<br />
Se 0.075 ppm<br />
As 0.05 ppm<br />
… produceren vulkanen veel potentieel toxische<br />
elementen<br />
Elementen die door vulkanen in<br />
grote concentraties<br />
geproduceerd worden<br />
H<br />
He<br />
H<br />
Toxische elementen<br />
He<br />
Te 12 ppb<br />
Hg 10 ppb<br />
Pb 150 ppb<br />
Cr 2625 ppm<br />
Ni 1960 ppm<br />
Cu 30 ppm<br />
Zn 55 ppm<br />
Co 105 ppm<br />
Li Be B C N O F Ne<br />
Na Mg Al Si P S Cl Ar<br />
K Ca Sc Ti V Cr Mn Fe Co Ni Cu Zn Ga Ge As Se Br Kr<br />
Rb Sr Y Zr Nb Mo Tc Ru Rh Pd Ag Cd In Sn Sb Te I Xe<br />
Cs Ba * Lu Hf Ta W Re Os Ir Pt Au Hg Tl Pb Bi Po At Rn<br />
Fr Ra ** Lr Rf Db Sg Bh Hs Mt<br />
* La Ce Pr Nd Pm Sm Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb<br />
** Ac Th Pa U Np Pu Am Cm Bk Cf Es Fm Md No<br />
Li Be B C N O F Ne<br />
Na Mg Al Si P S Cl Ar<br />
K Ca Sc Ti V Cr Mn Fe Co Ni Cu Zn Ga Ge As Se Br Kr<br />
Rb Sr Y Zr Nb Mo Tc Ru Rh Pd Ag Cd In Sn Sb Te I Xe<br />
Cs Ba * Lu Hf Ta W Re Os Ir Pt Au Hg Tl Pb Bi Po At Rn<br />
Fr Ra ** Lr Rf Db Sg Bh Hs Mt<br />
* La Ce Pr Nd Pm Sm Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb<br />
** Ac Th Pa U Np Pu Am Cm Bk Cf Es Fm Md No<br />
Belangrijkste gasbestanddelen<br />
1
Overheersende<br />
windrichting<br />
<strong>Vulkanisch</strong> gas en zure regen<br />
Poas – Costa Rica<br />
USGS<br />
<strong>Vulkanisch</strong>e<br />
luchtvervuiling<br />
op<br />
Hawaii<br />
CO 2<br />
Mammoth Mountain<br />
Uitbarsting van de Etna gezien vanuit de ruimte<br />
USGS<br />
29 October 2002: Pictures taken by the crew aboard the International Space Station.<br />
De Pinatubo uitbarsting<br />
0530 15 June 1991<br />
Etna: de grootste vulkanische CO 2 producent<br />
~ 50.000 ton per dag<br />
2
De Pinatubo uitbarsting<br />
0630 15 June 1991<br />
De Pinatubo uitbarsting<br />
0730 15 June 1991<br />
Samenstelling van de atmosfeer<br />
Stratosfeer<br />
Sulfaat aerosols<br />
(%volume)<br />
N 2 78.08 %<br />
O 2 20.95 %<br />
CO 2 0.033 %<br />
Ar 0.934 %<br />
Ne 1.82 x 10 -3 %<br />
He 5.24 x 10 -4 %<br />
Kr 1.14 x 10 -4 %<br />
Xe 8.7 x 10 -6 %<br />
H 2 5.0 x 10 -5 %<br />
CH 4 2.0 x 10 -4 %<br />
N 2 O 5.0 x 10 -5 %<br />
Zwavel<br />
Water<br />
Chloor<br />
Regen<br />
Troposfeer<br />
asregen<br />
As<br />
Een wolk vol<br />
vulkanische<br />
chemicaliën<br />
Water H 2 O<br />
Koolstofdioxide CO 2<br />
Zwaveldioxide SO 2<br />
<strong>Vulkanisch</strong>e gassen<br />
Gevolgen van vulkanische<br />
gassen in de atmosfeer<br />
Waterstofsulfide H 2 S<br />
Waterstofchloride HCl<br />
Waterstoffluoride HF<br />
Gevolgen van gassen:<br />
CO 2 : opwarming<br />
SO 2 : afkoeling<br />
zure regen<br />
HCl: zure regen<br />
3
Zonnestraling<br />
Aerosols reflecteren zonnestraling:<br />
netto afkoeling<br />
SO 2 oxideert tot H 2 SO 4 aerosol:<br />
Verblijfstijd ~jaar (midden-stratosfeer)<br />
weken-maanden (grenslaag)<br />
dagen-weken (troposfeer)<br />
As regent snel uit (uren-dagen)<br />
Stratosphere<br />
Injection<br />
SO 2<br />
Ash<br />
Photochemistry<br />
CO 2<br />
HF<br />
HCl<br />
Dispersion<br />
Acid Rain<br />
SO 2<br />
H 2<br />
SO 4<br />
Nucleation<br />
HNO<br />
hv Albedo<br />
3<br />
ClO O<br />
OH N 2<br />
O 3<br />
5<br />
ClONO 2<br />
HCl<br />
Condensation,<br />
Coagulation<br />
Cirrus Cloud<br />
Nucleation<br />
Ozone Destruction<br />
Sedimentation,<br />
Circulation<br />
Troposphere<br />
De Pinatubo eruptie van<br />
15 Juni 1991<br />
Injectie van 20 megaton<br />
SO 2 in de atmosfeer<br />
Pinatubo aerosol vanuit de Space Shuttle<br />
Aerosol laag ~20-25 km<br />
Tropopause ~15 km<br />
Zwavelwolk gevolgd met de satelliet 15-18 juni<br />
Pinatubo zorgt voor (extra) gat in de ozonlaag<br />
16-22 juni<br />
Instrument: Nimbus-7/TOMS<br />
4
Pluimen tot in de stratosfeer<br />
60<br />
40<br />
km<br />
De <strong>Vulkanisch</strong>e<br />
Explosiviteit<br />
Index (VEI)<br />
een schaal<br />
van 0 tot 8<br />
Rabaul, Papua New Guineal<br />
20<br />
0<br />
Tambora 1815<br />
Taupo ~180<br />
Novarupta 1912<br />
Krakatoa 1883<br />
Santa Maria 1902<br />
Pinatubo 1991<br />
Vesuvius 79<br />
Bezymianny 1956<br />
St. Helens 1980<br />
Augustine 31/03/1986<br />
Redoubt, Alaska<br />
Bron:<br />
NASA<br />
<strong>Vulkanisch</strong>e<br />
uitstoot van<br />
zwaveldioxide<br />
volgens<br />
satellietmetingen<br />
1979-2002<br />
Verder terug in de tijd:<br />
<strong>Vulkanisch</strong> zwavelzuur in het poolijs<br />
Diepte (m)<br />
Agung<br />
5<br />
10<br />
Dome C (Antarctica)<br />
Santa Maria<br />
Tarawera<br />
Krakatoa<br />
Tambora<br />
Unknown<br />
[SO 4 - ] µ Eq l -1<br />
Crête (Greenland)<br />
Jaar (AD)<br />
Agung<br />
1950<br />
Katmai<br />
1900<br />
Krakatoa<br />
1850<br />
Tambora<br />
1800<br />
Laki<br />
[H + ] µ Eq l -1<br />
Delmas, 1992,<br />
Rev. Geophys, 30, 10<br />
<strong>Vulkanisch</strong>e en antropogene gasemissies<br />
10 12 mol/jaar<br />
Wereldwijde zwaveluitstoot<br />
<strong>Gas</strong><br />
<strong>Vulkanisch</strong><br />
(op land)<br />
Antropogeen<br />
SO 2 0.21 1.1<br />
CO 2 2.0 – 2.5 550<br />
Global sulfur emissions latitude emissions.gif<br />
HCl<br />
HF<br />
0.1 (?)<br />
0.01 (?)<br />
0.082<br />
0.015 (?)<br />
Bluth et al 1993; Graedel & Crutzen 1993, 1995; Andres & Kasgnoc 1998; Kerrick 2001; Marland et al 2001<br />
5
Relatie tussen de hoeveelheid zwaveluitstoot<br />
en de temperatuurafname<br />
Wolk met weinig druppels:<br />
reflecteert minder zonlicht<br />
(donkere<br />
wolk)<br />
Wolk met meer kleine<br />
druppeltjes:<br />
reflecteert meer zonlicht<br />
(lichtere<br />
wolk)<br />
Temperatuurafname<br />
( o C)<br />
Zwaveluitstoot (gram)<br />
De natuurlijke zwavelcyclus<br />
De antropogene zwavelcyclus<br />
Burden<br />
Tg(S)<br />
Huidige zwavelcyclus in de troposfeer<br />
Lifetime<br />
Days<br />
Fluxes in Tg(S)/yr<br />
Zwaveldioxide chemie<br />
0.29<br />
OH<br />
6.3<br />
0.81<br />
Hoeveelheid oxidanten gewoonlijk bepaald door achtergrondphotochemie<br />
– maar zeer hoge SO 2 concentraties hebben invloed<br />
30<br />
9.2<br />
Deposition<br />
Dry Wet<br />
1.4<br />
SO 2<br />
1.1<br />
9<br />
71<br />
H 2 O 2<br />
O 3<br />
12<br />
DMS<br />
1<br />
32<br />
17<br />
15<br />
4 MSA<br />
SO 4<br />
5.3<br />
49<br />
7.1<br />
Deposition<br />
Dry Wet<br />
uitstoot<br />
SO 2 SO<br />
+H 4<br />
gas<br />
2 O 2(aq)<br />
aerosol<br />
Oxidatie- en<br />
neerslagsnelheden<br />
bepalen de<br />
levensduur van SO 2<br />
+OH<br />
droge(natte) neerslag<br />
(in wolken)<br />
+O 3(aq)<br />
Alleen de<br />
neerslagsnelheden<br />
bepalen de<br />
levensduur van SO 4<br />
natte(droge) neerslag<br />
Biomass Anthropogenic<br />
Volcanic Soil<br />
burning<br />
Oceanic<br />
6
magma neemt af met afnemende druk<br />
(=afnemende diepte)<br />
Oplosbaarheid van water (en CO 2 ) in<br />
Zwaveldioxide chemie<br />
<strong>Gas</strong><br />
Magma is<br />
SO 2 + OH → H 2 O 2<br />
onderverzadigd<br />
HOSO 2 + O 2 → SO 3 + HO 2<br />
SO 3 + H 2 O → H 2 SO 4<br />
Druk (Kb)<br />
In oplossing<br />
Magma is<br />
SO 2 + H 2 O → HSO<br />
- 3 + H + → SO<br />
2- 3 + H +<br />
Verzadigd<br />
HSO<br />
- 3 + H 2 O 2 → SO<br />
2- 4 + H + (gasbellen)<br />
+ H 2 O<br />
SO<br />
2- 3 + O 3 → SO<br />
2- 4 + O 2<br />
Concentratie opgelost water (gew.%)<br />
Diepte (km)<br />
From Moore et al., 1998<br />
Wanneer magma opstijgt komen<br />
water en andere gassen vrij<br />
Verschillende soorten<br />
uitbarstingen<br />
gas outflux<br />
LAVA<br />
DOME<br />
Explosief<br />
Q out<br />
Rustig Q in<br />
1783-1784 Laki uitbarsting<br />
Lavafonteinen (Etna, 2002)<br />
www.decadevolcano.net<br />
7
1783-1784 Laki uitbarsting<br />
• 8 Juni 1783: 27 km lange spleet opent zich<br />
• 15 km 3 bazalt kwam in 8 maanden naar buiten<br />
• Lavafonteinen tot ~800 - 1450 m hoog<br />
• Eruptiepluimen tot ~6 - 13 km hoog<br />
• Tropopause op ~10 km (~250 hPa)<br />
• ‘Droge mist’ of nevel waargenomen in Europa,<br />
Azië, N. Amerika, N. Atlantische Oceaan,<br />
Noordpool<br />
Lava<br />
Oorspronkelijke<br />
concentraties opgelost<br />
gas in het magma<br />
Olivijn<br />
Smeltinsluitsels<br />
Laki zwaveluitstoot<br />
Vergelijking met de wereldwijde antropogene<br />
SO 2 emissie in het hele jaar 1990<br />
• ~60 Tg zwavel (Thordarson et al., 1996)<br />
• Vergelijk Pinatubo: ~20 Tg<br />
1 Teragram (Tg) = 10 12 gram = 1 miljoen ton<br />
Piekwaarde<br />
~2<br />
Totaal 72<br />
Laki<br />
waarde 61<br />
0.1 1 10 100<br />
Tg(S)/jaar/5x5<br />
Milieu-effecten<br />
• 20% van de IJslandse bevolking kwam om<br />
• Zure neerslag vernietigde oogst &<br />
weidevelden<br />
• Gelijksoortige effecten in grote delen van<br />
Europa<br />
• Afkoeling op het noordelijk halfrond<br />
(plaatselijk extreem)<br />
• Afkoeling gedurende een paar jaar<br />
• Hongersnood<br />
Verspreiding van<br />
vulkanen en de grens<br />
tussen de troposfeer en<br />
statosfeer<br />
8
Het weer op<br />
23 juni 1783<br />
Verhoogde<br />
sterftecijfers in<br />
Engeland en<br />
Frankrijk<br />
Wat waren de precieze<br />
oorzaken van de sterfte op<br />
IJsland als gevolg van de<br />
uitbarsting?<br />
9
Change language