Verontreinigingen van vulkaanuitbarstingen logen met verschillende snelheden in het water, afhankelijk van de vorm van de vulkanische asdeeltjes, volgens nieuw onderzoek dat het vermogen van wetenschappers om het waterkwaliteitsrisico in vulkanisch actieve regio's te voorspellen, zou kunnen verbeteren.

Vulkanische as bestaat uit microscopisch kleine fragmenten van gestold magma voortgestuwd door vulkaanuitbarstingen. Als een vulkaan uitbarst, as kan grote afstanden afleggen. Op korte termijn, as kan de vegetatie vervuilen, oppervlaktewater, bodems en grondwater met zware metalen zoals koper, cadmium en arseen en niet-metalen verontreinigingen zoals fluor.

Deze verontreinigingen kunnen in de voedselketen terechtkomen in een proces dat bioaccumulatie wordt genoemd. Bioaccumulatie treedt op wanneer organismen verontreinigingen opnemen en opslaan die ze niet kunnen metaboliseren. Deze verontreinigingen kunnen geconcentreerder worden naarmate ze door de voedselketen reizen, vee en mensen vergiftigen. Bioaccumulatie van zware metalen kan sommige vormen van kanker veroorzaken, terwijl bioaccumulatie van niet-metalen zoals fluor skeletschade kan veroorzaken.

Een nieuwe studie in AGU's tijdschrift GeoHealth vindt dat het oppervlak van asdeeltjes bepaalt hoe snel as verontreinigingen in het water uitloogt. Hoe meer bellen een deeltje heeft - of hoe poreuzer het is - hoe groter het oppervlak. As met meer bubbels loogt sneller uit, omdat het meer oppervlakte heeft om water door te laten.

De resultaten suggereren dat de deeltjesstructuur de waterkwaliteit kan beïnvloeden, het verbeteren van het vermogen van geologen om te voorspellen hoe omgevingen kunnen reageren op vulkanische explosies. Door te begrijpen hoe assoorten de manier waarop verontreinigingen in water oplossen, beïnvloeden, kunnen wetenschappers de gezondheidsrisico's voorspellen die worden veroorzaakt door waterverontreiniging in regio's met frequent vulkanisme, volgens de auteurs van de studie.

"De eerste paar uur is het water het meest verontreinigd en daarna neemt de uitspoeling af. de lange termijn, herhaalde uitbarstingen kunnen leiden tot bioaccumulatie, " zei Candace Wygel, een geoloog die het onderzoek uitvoerde terwijl hij afstudeerde aan de Lehigh University in Bethlehem, Pennsylvania. Wygel, nu een geoloog bij Roux Environmental Engineering and Geology D.P.C. in New York City, New York, is de hoofdauteur van het nieuwe artikel.

Bellenconcentratie meten

Eerdere studies van vulkanische as gingen ervan uit dat elk deeltje uniform bolvormig en compact was. Deze methode hield geen rekening met hoe poreus sommige soorten as zijn. Bijvoorbeeld, deeltjes uit andesitische as, een soort vulkanische as met medium-korrelige kristallen en medium silica-gehalte, kan veel microscopisch kleine belletjes bevatten. Elke bel vergroot het oppervlak van het asmonster. Meer water kan het monster raken en de verontreinigingen oplossen.

In aanvulling, verschillende soorten vulkanische as hebben unieke concentraties van elementen en verontreinigingen. Basalt as, een soort vulkanische as met een laag silicagehalte, bevat meer metalen dan andesitische as. Echter, aangezien andesitische as meer bubbels heeft, het loogt sneller uit wat het heeft. Wetenschappers wisten dat de chemische samenstelling van invloed was op wat vulkanische as uitloogde, maar Wygel en haar collega's vermoedden dat de deeltjesstructuur ook de uitloogsnelheid van de as beïnvloedt.

"We wilden zien hoe de morfologie van de as de uitspoeling naar het milieu beïnvloedde, ' zei Wygel.

In de nieuwe studie de onderzoekers verzamelden monsters van vier vulkanen op Hawaï, Costa Rica, Alaska en IJsland. Elke vulkaan barstte voornamelijk basalt- of andesitische as uit. De onderzoekers maten het totale oppervlak van elk monster en namen bubbels in de as voor hun rekening. Ze ontdekten dat de monsters een oppervlakte hadden die ongeveer drie keer groter was dan toen ze werden gemeten met de standaard geometrische methode.

Ze ontdekten dat asdeeltjes met een groter oppervlak metalen sneller uitlogen. Meer dan zeven dagen, water erodeerde de deeltjes, waardoor hun oppervlakte kleiner wordt en hun uitloogsnelheden veranderen. De onderzoekers namen oppervlaktemetingen op verschillende tijdstippen om te zien hoe de uitspoelingssnelheid van as veranderde door waterverwering.

Andesitische as van de Costa Ricaanse vulkaan Turrialba had de hoogste uitspoelingssnelheid, toegeschreven aan de hoge concentraties bellen. De as van Turrialba lekte aanvankelijk de verontreinigingen het snelst. Echter, basaltische as van de Hawaiiaanse vulkaan, Kilauea, de grootste concentraties metalen uitgeloogd. De resultaten suggereren dat de uitloogsnelheid en de chemische samenstelling van de as de omgevingen tegelijk beïnvloeden.