Een team van vulkanologen die de kolossale uitbarsting van Kīlauea in 2018 hebben waargenomen, Hawaii, hebben bijgehouden hoe potentieel giftige metalen die in zijn gaspluimen werden vervoerd, weg werden getransporteerd van de vulkaan om op het landschap te worden afgezet.

Het onderzoek, gepubliceerd in twee begeleidende papers in Communicatie Aarde en Milieu , is het meest uitgebreide onderzoek naar het vrijkomen van metaal uit een vulkaan tot nu toe - het helpt wetenschappers de verspreiding van metaalrijke vulkanische dampen en de blootstelling van gemeenschappen aan vulkanische luchtvervuiling rond Hawaï te begrijpen.

De uitbarsting van Kīlauea in 2018 was de grootste in eeuwen, de oostelijke rand van het eiland overspoelen met ongeveer een kubieke kilometer lava. Meer dan duizend mensen verloren hun huis en nog veel meer leden onder schadelijke vulkanische gassen.

Begrijpen hoe vulkanische metalen vrijkomen in het milieu is van cruciaal belang vanuit het oogpunt van de volksgezondheid, "We weten helemaal niet veel over deze metaalemissies, dus dit werk is een belangrijke stap om de belangrijke, toch onderschat, chemische risico's van vulkanen, " zei Emily Mason, doctoraat student aan Cambridge Earth Sciences en hoofdauteur van een van de papers.

Wanneer vulkanen uitbarsten, ademen ze een cocktail van gassen uit - meestal stoom, kooldioxide en zwaveldioxide - doorspekt met verdampte zware metalen, inclusief lood en arseen. Aan de gemeenschappen die naast vulkanen leven, deze gassen zijn vaak een aanzienlijke bron van luchtvervuiling en de vluchtige metalen die ze bevatten, kunnen langdurige gevolgen hebben voor zowel de gezondheid als het milieu.

Vulkanologen meten al tientallen jaren de uitstoot van vluchtige metalen door vulkanen. maar hoe deze elementen na een uitbarsting in de atmosfeer worden verspreid, om later op het landschap neer te regenen en via bodems en wateren in de omgeving te worden opgenomen, slecht begrepen is gebleven.

Het team, waaronder onderzoekers van de Universiteit van Cambridge, hogere concentraties van zware metalen in de lucht melden binnen een straal van 40 km rond Kīlauea, wat betekent dat gemeenschappen die dichter bij de vulkaan woonden tijdens de uitbarsting van 2018 onevenredig werden blootgesteld aan metaalvervuiling.

Ze geloven dat de sterke passaatwinden ten tijde van de uitbarsting, gecombineerd met de topografie van de omgeving, veroorzaakte meer regen en daarom metaalafzetting, dichter bij de ventilatieopening. Dit zou kunnen betekenen dat een uitbarsting in de winter, wanneer windpatronen worden omgekeerd, kan leiden tot een andere verdeling van metaalafzetting.

Hun resultaten kunnen helpen bij het uitstippelen van strategieën voor milieumonitoring tijdens en na uitbarstingen - inclusief het gericht testen van gemeenschapswatervoorzieningen in risicogebieden - en om planners te helpen beslissen waar ze veilig rond vulkanen kunnen bouwen.

Emily Mason maakte deel uit van een volledig vrouwelijk team van wetenschappers van de universiteiten van Cambridge en Leeds dat op weg was om gasmetingen te doen toen de Kīlauea uitbarstte. Metselaar, samen met toen eerstejaars Ph.D. studenten Penny Wieser en Rachel Whitty, en vroege carrière-wetenschappers Evgenia Ilyinskaya en Emma Liu, arriveerde toen de uitbarsting in volle gang was en een deel van hun studiegebied al was afgesneden door lava, "We moesten met een helikopter naar één locatie vliegen. Ik herinner me dat ik afdaalde door een dichte waas van vulkanisch gas ... de zure lucht prikte echt in onze huid." zei Mason.

"We hebben de neiging om te denken aan de meer directe vulkanische gevaren zoals asdaling, pyroclastische stromen, lava, " zei Dr. Evgenia Ilyinskaya, van de Universiteit van Leeds, die het onderzoek naar benedenwindse metaalverspreiding leidde, "Maar metaalemissies, net als luchtvervuiling, zijn een verraderlijk en vaak onderschat vulkanisch gevaar, dat mogelijk langdurig van invloed is op de gezondheid."

Tijdens de eerste weken van de uitbarsting, de grootste zorg voor de luchtkwaliteit was vulkanische smog, of 'vog, " die voornamelijk zwaveldioxide bevat met sporen van zware metalen en vulkanische as. Maar toen gesmolten lava de oceaan bereikte en reageerde met zeewater, veroorzaakte dit nieuwe gezondheidswaarschuwingen, als golvende witte wolken van lavanevel of 'lui' werden losgelaten; met zoutzuur en giftige metalen.

Werken met medewerkers van de USGS, het team nam metingen van gassen in de luie en droge vogpluimen van zowel de grond als de lucht, met behulp van speciaal ingerichte drones. Ze ontwikkelden zelfs een achterframe voor hun luchtfilters, zodat ze apparatuur snel door gebieden konden verplaatsen waar de lucht dik was van zwaveldioxide.

Mason en co-auteurs ontdekten dat de twee soorten gaspluimen een heel verschillende chemie hadden, "Wat ons echt verraste waren de grote hoeveelheden koper in de luipluim... de impact van lava-zeewater-interacties op de biosfeer kan aanzienlijk worden onderschat. Het is interessant om op te merken dat dit type pluim waarschijnlijk een veelvoorkomend kenmerk was van de massale uitstortingen van lava doorheen de geologische geschiedenis, waarvan sommige in verband zijn gebracht met massale uitstervingen."

Hun doel op lange termijn is om vervuilingsrisicokaarten te maken voor vulkanen, met risicogebieden voor metaalvervuiling, een methode die al wordt gebruikt om gebieden te communiceren die mogelijk risico lopen op andere vulkanische gevaren, als lavastromen, "Ons onderzoek is slechts een deel van de puzzel - het idee zou zijn om al deze gevaren tegelijk te begrijpen."

Ze streven ernaar deze methode wereldwijd toe te passen, maar Mason waarschuwt dat lokale atmosferische omstandigheden de metaalverspreiding en -afzetting aanzienlijk beïnvloeden. Nu willen ze weten hoe het transport van vulkanische metalen kan verschillen in koelere, drogere omgevingen zoals Antarctica, of zelfs in verschillende gebieden van Hawaï waar de regenval lager is.