Vulkanasche - Volcanic ash

Vulkanasche strömt in einer länglichen Fächerform aus, wenn sie in die Atmosphäre gestreut wird.
Aschewolke vom Ausbruch des Vulkans Chaitén in Chile im Jahr 2008 , die sich über Patagonien vom Pazifik bis zum Atlantik erstreckt
Aschewolke steigt am 17. April 2010 vom Eyjafjallajökull auf
Vulkanische Ascheablagerungen auf einer geparkten McDonnell-Douglas DC-10-30 während des Ausbruchs des Mount Pinatubo im Jahr 1991 , wodurch das Flugzeug auf seinem Heck ruhte. Während sich herabfallende Asche ähnlich wie Schnee verhält , können die Ablagerungen durch ihr Gewicht schwere Schäden an Gebäuden und Fahrzeugen verursachen, wie hier zu sehen ist, wo die Ablagerungen den Schwerpunkt des 120 Tonnen schweren Verkehrsflugzeugs verschieben konnten.
Aus dem Kegel des Vulkans erhebt sich eine dicke Wolke aus dunkler Asche.
Aschewolke vom Mt Cleveland , einem Stratovulkan auf den Aleuten

Vulkanasche besteht aus Fragmenten von Gestein, Mineralkristalle und vulkanischen Glas , während erstellt Vulkanausbrüche und von weniger als 2 mm (0,079 Zoll) im Durchmesser. Der Begriff Vulkanasche wird auch oft lose verwendet, um alle explosiven Eruptionsprodukte (korrekt als Tephra bezeichnet ) zu bezeichnen, einschließlich Partikeln, die größer als 2 mm sind. Vulkanasche entsteht bei explosiven Vulkanausbrüchen, wenn sich gelöste Gase im Magma ausdehnen und heftig in die Atmosphäre entweichen. Die Kraft der Gase zerschmettert das Magma und schleudert es in die Atmosphäre, wo es zu Bruchstücken von Vulkangestein und Glas erstarrt. Asche wird auch produziert, wenn Magma während phreatomagmatischer Eruptionen mit Wasser in Kontakt kommt , was dazu führt, dass das Wasser explosionsartig zu Dampf verdampft, was zur Zersplitterung des Magmas führt. Einmal in der Luft, wird die Asche vom Wind bis zu Tausenden von Kilometern weit transportiert.

Aufgrund ihrer weiten Verbreitung kann Asche eine Reihe von Auswirkungen auf die Gesellschaft haben, darunter die Gesundheit von Mensch und Tier, Störungen des Luftverkehrs, Störungen kritischer Infrastrukturen (z. B. Stromversorgungssysteme, Telekommunikation, Wasser- und Abwassernetze, Verkehr), Grundstoffindustrie (zB Landwirtschaft), Gebäude und Bauwerke.

Formation

454 Millionen Jahre alte Vulkanasche zwischen Kalksteinschichten in den Katakomben der Marinefestung Peters des Großen in Estland bei Laagri . Dies ist ein Überbleibsel einer der ältesten erhaltenen großen Eruptionen . Der Durchmesser der schwarzen Kameraobjektivabdeckung beträgt 58 mm (2,3 Zoll).

Vulkanasche entsteht bei explosiven Vulkanausbrüchen und phreatomagmatischen Eruptionen und kann auch beim Transport in pyroklastischen Dichteströmen entstehen.

Explosive Eruptionen treten auf, wenn Magma beim Aufsteigen dekomprimiert und gelöste flüchtige Stoffe ( hauptsächlich Wasser und Kohlendioxid ) in Gasblasen aufgelöst werden. Wenn mehr Blasen entstehen, entsteht ein Schaum, der die Dichte des Magmas verringert und es in der Leitung beschleunigt. Fragmentierung tritt auf, wenn Blasen ~70–80 Vol.% der ausbrechenden Mischung einnehmen. Bei der Fragmentierung zerreißen heftig expandierende Blasen das Magma in Bruchstücke, die in die Atmosphäre geschleudert werden, wo sie zu Aschepartikeln erstarren. Die Fragmentierung ist ein sehr effizienter Prozess der Aschebildung und kann auch ohne Zugabe von Wasser sehr feine Asche erzeugen.

Vulkanasche wird auch bei phreatomagmatischen Eruptionen produziert. Bei diesen Eruptionen kommt es zur Fragmentierung, wenn Magma mit Gewässern (wie Meer, Seen und Sümpfen), Grundwasser, Schnee oder Eis in Kontakt kommt. Wenn das Magma, das deutlich heißer ist als der Siedepunkt von Wasser, mit Wasser in Kontakt kommt, bildet sich ein isolierender Dampffilm ( Leidenfrost-Effekt ). Schließlich kollabiert dieser Dampffilm, was zu einer direkten Kopplung von kaltem Wasser und heißem Magma führt. Dies erhöht die Wärmeübertragung, was zu einer schnellen Ausdehnung des Wassers und zur Fragmentierung des Magmas in kleine Partikel führt, die anschließend aus dem Vulkanschlot ausgestoßen werden. Die Fragmentierung verursacht eine Vergrößerung der Kontaktfläche zwischen Magma und Wasser, wodurch ein Rückkopplungsmechanismus entsteht, der zu einer weiteren Fragmentierung und Produktion von feinen Aschepartikeln führt.

Pyroklastische Dichteströme können auch Aschepartikel erzeugen. Diese werden typischerweise durch den Kollaps von Lavadomen oder den Kollaps der Eruptionssäule erzeugt . Innerhalb pyroclastic Dichteströme Partikelabrieb auftritt als Teilchen miteinander interagieren , was zu einer Verringerung der Korngröße und Erzeugung feinkörniger Ascheteilchen. Außerdem kann bei der Sekundärzertrümmerung von Bimssteinsplittern aufgrund der Wärmeerhaltung in der Strömung Asche entstehen. Diese Prozesse erzeugen große Mengen an sehr feinkörniger Asche, die aus pyroklastischen Dichteströmen in Koignimbrit-Aschewolken entfernt wird.

Physikalische und chemische Eigenschaften von Vulkanasche werden hauptsächlich durch die Art des Vulkanausbruchs bestimmt. Vulkane weisen eine Reihe von Eruptionsstilen auf, die durch Magmachemie, Kristallgehalt, Temperatur und gelöste Gase des ausbrechenden Magmas kontrolliert werden und anhand des vulkanischen Explosivitätsindex (VEI) klassifiziert werden können . Effusive Eruptionen (VEI 1) mit basaltischer Zusammensetzung erzeugen <10 5 m 3 Ejekta, während extrem explosive Eruptionen (VEI 5+) mit rhyolithischer und dazitischer Zusammensetzung große Mengen (> 10 9 m 3 ) Ejekta in die Atmosphäre injizieren können .

Eigenschaften

Chemisch

Die in der Vulkanasche enthaltenen Mineralarten hängen von der Chemie des Magmas ab, aus dem sie ausgebrochen ist. Bedenkt man, dass die häufigsten Elemente in gefunden Silikat Magma sind Silizium und Sauerstoff , die verschiedenen Arten von Magma (und somit asche) erzeugt während Vulkanausbrüche werden am häufigsten erklärt hinsichtlich ihrer Siliciumdioxidgehalt. Basalteruptionen mit niedriger Energie erzeugen eine charakteristisch dunkel gefärbte Asche mit ~45–55% Siliziumdioxid, die im Allgemeinen reich an Eisen (Fe) und Magnesium (Mg) ist. Die explosivsten Rhyolith- Eruptionen produzieren eine felsische Asche, die reich an Kieselsäure (>69 %) ist, während andere Arten von Asche mit einer mittleren Zusammensetzung (z. B. Andesit oder Dazit ) einen Kieselsäuregehalt zwischen 55–69 % aufweisen.

Die Hauptgase während vulkanischer Aktivität freigesetzt sind Wasser , Kohlendioxid , Wasserstoff , Schwefeldioxid , Schwefelwasserstoff , Kohlenmonoxid und Chlorwasserstoff . Die Schwefel- und Halogengase und Metalle werden durch chemische Reaktionen, trockene und nasse Abscheidung und durch Adsorption an der Oberfläche von Vulkanasche aus der Atmosphäre entfernt .

Es ist seit langem bekannt, dass eine Reihe von Sulfat- und Halogenidverbindungen (hauptsächlich Chlorid und Fluorid ) leicht aus frischer Vulkanasche mobilisiert werden können. Es gilt als wahrscheinlich , dass diese Salz als Folge der schnellen Säureauflösung von Aschepartikeln innerhalb gebildeter Eruptions Federn , von der angenommen wird , die zur Versorgung Kationen in der Ablagerung von Sulfat und Halogenid beteiligt Salzen .

Während einige 55 ionische Spezies in frischen Asche berichtet Sickerwässer , die am häufigsten vorkommenden Arten in der Regel gefunden werden , sind die Kationen Na + , K + , Ca 2+ und Mg 2+ und die Anionen Cl - , F - und SO 4 2- . Die Molverhältnisse zwischen den in Sickerwasser vorhandenen Ionen legen nahe, dass diese Elemente in vielen Fällen als einfache Salze wie NaCl und CaSO 4 vorliegen . In einem sequentiellen Auslaugungsexperiment mit Asche aus dem Ausbruch des Mount St. Helens im Jahr 1980 erwiesen sich Chloridsalze als am leichtesten löslich, gefolgt von Sulfatsalzen Fluoridverbindungen sind im Allgemeinen nur schwer löslich (z. B. CaF 2 , MgF 2 ), mit Ausnahme von Fluoridsalzen von Alkalimetallen und Verbindungen wie Calciumhexafluorosilicat (CaSiF 6 ). Der pH-Wert frischer Aschesickerwässer ist stark variabel, abhängig vom Vorhandensein eines sauren Gaskondensats (hauptsächlich als Folge der Gase SO 2 , HCl und HF in der Eruptionsfahne) auf der Ascheoberfläche.

Die kristallin-feste Struktur der Salze wirkt eher als Isolator denn als Leiter . Sobald die Salze jedoch durch eine Feuchtigkeitsquelle (zB Nebel, Nebel, leichter Regen usw.) in eine Lösung aufgelöst werden, kann die Asche korrosiv und elektrisch leitfähig werden. Eine kürzlich durchgeführte Studie hat gezeigt, dass die elektrische Leitfähigkeit von Vulkanasche mit (1) steigendem Feuchtigkeitsgehalt, (2) steigendem Gehalt an löslichen Salzen und (3) steigender Verdichtung (Schüttdichte) zunimmt. Die Fähigkeit von Vulkanasche, elektrischen Strom zu leiten, hat erhebliche Auswirkungen auf Stromversorgungssysteme.

Physisch

Komponenten

Nahaufnahme eines winzigen Partikels aus Vulkanasche, das seine vielen winzigen röhrenförmigen Löcher zeigt
Partikel aus Vulkanasche vom Mount St. Helens

Vulkanaschepartikel, die bei magmatischen Eruptionen ausgebrochen sind, bestehen aus verschiedenen Fraktionen von glasartigen (glasartigen, nicht kristallinen), kristallinen oder lithischen (nicht magmatischen) Partikeln. Asche, die während magmatischer Eruptionen niedriger Viskosität (zB hawaiianische und strombolianische basaltische Eruptionen) produziert wird, produziert eine Reihe verschiedener Pyroklasten, abhängig vom Eruptionsprozess. Asche, die aus hawaiianischen Lavafontänen gesammelt wird, besteht beispielsweise aus Sideromelan- Pyroklasten (hellbraunes Basaltglas), die Mikrolite (kleine Quenchkristalle, nicht zu verwechseln mit dem seltenen Mineral Mikrolith ) und Phänokristallen enthalten . Etwas viskosere Basalt-Eruptionen (zB Strombolian) bilden eine Vielzahl von Pyroklasten von unregelmäßigen Sideromelan-Tröpfchen bis hin zu blockigem Tachylit (schwarze bis dunkelbraune mikrokristalline Pyroklasten). Im Gegensatz dazu besteht die meiste silikatische Asche (zB Rhyolith) aus pulverisierten Produkten von Bims (Glasscherben), einzelnen Phänokristallen (Kristallfraktion) und einigen lithischen Fragmenten ( Xenolithen ).

Die bei phreatischen Eruptionen erzeugte Asche besteht hauptsächlich aus hydrothermal veränderten lithischen und mineralischen Fragmenten, üblicherweise in einer Tonmatrix. Partikeloberflächen sind oft mit Aggregaten aus Zeolithkristallen oder Ton beschichtet und es bleiben nur Relikttexturen übrig, um Pyroklasttypen zu identifizieren.

Morphologie

Lichtmikroskopische Aufnahme der Asche des Ausbruchs des Mount St. Helens im Jahr 1980, Washington

Die Morphologie (Form) von Vulkanasche wird durch eine Vielzahl unterschiedlicher Eruptions- und kinematischer Prozesse gesteuert. Eruptionen von Magmen mit niedriger Viskosität (zB Basalt) bilden typischerweise tropfenförmige Partikel. Diese Tröpfchenform wird teilweise durch die Oberflächenspannung , die Beschleunigung der Tröpfchen, nachdem sie die Entlüftung verlassen haben, und die Luftreibung gesteuert . Die Formen reichen von perfekten Kugeln bis hin zu einer Vielzahl von verdrehten, länglichen Tröpfchen mit glatten, fließenden Oberflächen.

Die Morphologie der Asche aus Eruptionen hochviskoser Magmen (zB Rhyolith, Dazit und einige Andesite) hängt hauptsächlich von der Form der Vesikel im aufsteigenden Magma vor dem Zerfall ab. Vesikel entstehen durch die Expansion von magmatischem Gas, bevor das Magma erstarrt ist. Aschepartikel können einen unterschiedlichen Grad an Bläschenbildung aufweisen, und Bläschenpartikel können ein extrem hohes Verhältnis von Oberfläche zu Volumen aufweisen. Konkavitäten, Mulden und Röhren, die auf Kornoberflächen beobachtet werden, sind das Ergebnis gebrochener Vesikelwände. Vitrische Aschepartikel aus hochviskosen Magmaausbrüchen sind typischerweise eckige, vesikuläre Bimssteinfragmente oder dünne Bläschenwandfragmente, während lithische Fragmente in Vulkanasche typischerweise gleichförmig oder kantig bis subrund sind. Die lithische Morphologie in Asche wird im Allgemeinen durch die mechanischen Eigenschaften des Wandgesteins gesteuert, das durch Abplatzen oder explosive Expansion von Gasen im Magma aufgebrochen wird, wenn es die Oberfläche erreicht.

Die Morphologie der Aschepartikel aus phreatomagmatischen Eruptionen wird durch Spannungen innerhalb des gekühlten Magmas kontrolliert, die zur Fragmentierung des Glases führen, um kleine block- oder pyramidenförmige Glasaschepartikel zu bilden. Vesikelform und -dichte spielen bei der Bestimmung der Kornform bei phreatomagmatischen Eruptionen nur eine untergeordnete Rolle. Bei dieser Art von Eruption wird das aufsteigende Magma bei Kontakt mit Grund- oder Oberflächenwasser schnell abgekühlt. Spannungen innerhalb des "gelöschten" Magmas verursachen eine Fragmentierung in fünf dominante Pyroklast-Formtypen: (1) blockartig und gleich; (2) vesikulär und unregelmäßig mit glatten Oberflächen; (3) moosartig und gewunden; (4) kugelförmig oder tropfenförmig; und (5) plattenartig.

Dichte

Die Dichte einzelner Partikel variiert bei verschiedenen Eruptionen. Die Dichte von Vulkanasche variiert zwischen 700–1200 kg/m 3 für Bimsstein, 2350–2450 kg/m 3 für Glasscherben, 2700–3300 kg/m 3 für Kristalle und 2600–3200 kg/m 3 für lithische Partikel. Da gröbere und dichtere Partikel in der Nähe der Quelle abgelagert werden, sind feine Glas- und Bimssplitter in Ascheablagerungen an distalen Stellen relativ angereichert. Die hohe Dichte und Härte (~5 auf der Mohs-Härteskala ) zusammen mit einem hohen Grad an Winkligkeit machen einige Arten von Vulkanasche (insbesondere solche mit einem hohen Kieselsäuregehalt) sehr abrasiv.

Körnung

Korngrößenverteilungen der Vulkanasche von vier Vulkanausbrüchen

Vulkanasche besteht aus Partikeln (Pyroklasten) mit Durchmessern < 2 mm (Partikel > 2 mm werden als Lapilli klassifiziert) und können bis zu 1 µm fein sein. Die Gesamtkorngrößenverteilung der Asche kann bei unterschiedlichen Magmazusammensetzungen stark variieren. Es wurden nur wenige Versuche unternommen, die Korngrößeneigenschaften einer Ablagerung mit denen des Ereignisses, das sie hervorbrachte, zu korrelieren, obwohl einige Vorhersagen gemacht werden können. Rhyolithische Magmen erzeugen im Vergleich zu basaltischen Magmen aufgrund der höheren Viskosität und damit Explosivität im Allgemeinen feinkörnigeres Material. Die Anteile an feiner Asche sind bei siliziumhaltigen explosiven Eruptionen höher, wahrscheinlich weil die Vesikelgröße im präeruptiven Magma kleiner ist als in mafischen Magmen. Es gibt gute Beweise dafür, dass pyroklastische Ströme durch Vermischung hohe Anteile an feiner Asche produzieren, und es ist wahrscheinlich, dass dieser Prozess auch in vulkanischen Kanälen abläuft und am effizientesten wäre, wenn sich die Magma-Fragmentierungsoberfläche weit unter dem Gipfelkrater befindet.

Zerstreuung

Aschewolke steigt vom Mount Redoubt nach einer Eruption am 21. April 1990 auf

Aschepartikel werden in Eruptionssäulen eingearbeitet, wenn sie mit hoher Geschwindigkeit aus dem Schacht ausgestoßen werden. Der anfängliche Impuls der Eruption treibt die Säule nach oben. Wenn Luft in die Säule gesaugt wird, nimmt die Schüttdichte ab und sie beginnt, schwimmfähig in die Atmosphäre aufzusteigen. An einem Punkt, an dem die Schüttdichte der Säule gleich der umgebenden Atmosphäre ist, hört die Säule auf zu steigen und beginnt sich seitlich zu bewegen. Die seitliche Ausbreitung wird durch die vorherrschenden Winde kontrolliert und die Asche kann je nach Eruptionssäulenhöhe, Partikelgröße der Asche und klimatischen Bedingungen (insbesondere Windrichtung und -stärke und -feuchtigkeit) Hunderte bis Tausende von Kilometern vom Vulkan entfernt abgelagert werden.

Aschewolke und Ascheniederschlag am Mount Pagan , Mai 1994

Der Aschefall tritt unmittelbar nach der Eruption auf und wird durch die Partikeldichte kontrolliert. Anfangs fallen grobe Partikel in der Nähe der Quelle aus. Darauf folgt der Niederschlag von akkretionsgebundenen Lapilli , der das Ergebnis der Partikelagglomeration innerhalb der Säule ist. Der Aschefallout ist während der Endphase weniger konzentriert, wenn sich die Kolonne in Windrichtung bewegt. Dies führt zu einer Ascheablagerung, deren Dicke und Korngröße im Allgemeinen mit zunehmender Entfernung vom Vulkan exponentiell abnimmt. Feine Aschepartikel können tage- bis wochenlang in der Atmosphäre verbleiben und durch Höhenwinde verteilt werden. Diese Partikel können Auswirkungen auf die Luftfahrtindustrie haben (siehe Abschnitt Auswirkungen) und können zusammen mit Gaspartikeln das globale Klima beeinflussen.

Über pyroklastischen Dichteströmen können sich vulkanische Aschewolken bilden, diese werden Coignimbrit-Plumes genannt. Wenn sich pyroklastische Dichteströme vom Vulkan entfernen, werden kleinere Partikel durch Auswaschen aus der Strömung entfernt und bilden eine weniger dichte Zone über der Hauptströmung. Diese Zone reißt dann die umgebende Luft mit und es bildet sich eine schwimmende Co-Ignimbrite-Plume. Diese Plumes neigen dazu, aufgrund des Abriebs innerhalb des pyroklastischen Dichtestroms im Vergleich zu magmatischen Eruptionswolken höhere Konzentrationen an feinen Aschepartikeln aufzuweisen.

Auswirkungen

Das Bevölkerungswachstum hat dazu geführt, dass die Stadtentwicklung schrittweise in Gebiete mit höherem Risiko und näher an Vulkanzentren vordringt, wodurch die menschliche Exposition gegenüber vulkanischen Ascheereignissen erhöht wird.

Direkte gesundheitliche Auswirkungen von Vulkanasche auf den Menschen sind in der Regel kurzfristig und für Personen mit normaler Gesundheit gering, obwohl eine längere Exposition bei ungeschützten Arbeitern möglicherweise ein gewisses Silikoserisiko birgt . Besorgniserregender sind die Auswirkungen von Vulkanasche auf die Infrastruktur, die für die Unterstützung moderner Gesellschaften entscheidend ist, insbesondere in städtischen Gebieten, in denen eine hohe Bevölkerungsdichte eine hohe Nachfrage nach Dienstleistungen schafft. Mehrere Eruptionen der letzten Zeit haben die Verwundbarkeit städtischer Gebiete gezeigt , die nur wenige Millimeter oder Zentimeter Vulkanasche erhalten haben. Dies war ausreichend, um die Verkehrs-, Strom- , Wasser- , Abwasser- und Regenwassersysteme zu unterbrechen. Es sind Kosten durch Betriebsunterbrechung, Ersatz beschädigter Teile und versicherte Schäden entstanden. Auswirkungen des Aschesturzes auf kritische Infrastrukturen können auch mehrere Folgewirkungen haben, die viele verschiedene Sektoren und Dienste stören können.

Der Fall von Vulkanasche ist physisch, sozial und wirtschaftlich störend. Vulkanasche kann sowohl nahegelegene Gebiete als auch Gebiete viele Hundert Kilometer von der Quelle entfernt betreffen und zu Störungen und Verlusten in einer Vielzahl unterschiedlicher Infrastruktursektoren führen. Auswirkungen sind abhängig von: Aschefalldicke; die Korngröße und Chemie der Asche; ob die Asche nass oder trocken ist; die Dauer des Ascheabfalls; sowie alle Vorsorge- , Management- und Präventionsmaßnahmen (Mitigation), die eingesetzt werden, um die Auswirkungen des Aschesturzes zu verringern. Verschiedene Sektoren der Infrastruktur und der Gesellschaft sind auf unterschiedliche Weise betroffen und anfällig für eine Reihe von Auswirkungen oder Konsequenzen. Diese werden in den folgenden Abschnitten besprochen.

Gesundheit von Mensch und Tier

Es ist bekannt, dass in der Luft schwebende Aschepartikel mit einem Durchmesser von weniger als 10 µm einatembar sind, und Personen, die Aschestürzen ausgesetzt waren, hatten Atembeschwerden, Atembeschwerden, Augen- und Hautreizungen sowie Nasen- und Rachenbeschwerden. Die meisten dieser Wirkungen sind kurzfristig und stellen kein signifikantes Gesundheitsrisiko für Personen dar, die keine vorbestehenden Atemwegserkrankungen haben . Die gesundheitlichen Auswirkungen von Vulkanasche hängen von der Korngröße, der mineralogischen Zusammensetzung und den chemischen Beschichtungen der Oberfläche der Aschepartikel ab. Weitere Faktoren im Zusammenhang mit möglichen Atemwegssymptomen sind die Häufigkeit und Dauer der Exposition, die Aschekonzentration in der Luft und der lungengängige Ascheanteil; der Anteil an Asche mit weniger als 10 µm Durchmesser, bekannt als PM 10 . Auch der soziale Kontext kann wichtig sein.

Chronische gesundheitliche Auswirkungen durch den Fall von Vulkanasche sind möglich, da die Exposition gegenüber freiem kristallinem Siliziumdioxid bekanntermaßen Silikose verursacht . Zu den damit verbundenen Mineralien gehören Quarz , Cristobalit und Tridymit , die alle in Vulkanasche vorhanden sein können. Diese Mineralien werden als „freies“ Siliziumdioxid bezeichnet, da das SiO 2 nicht an ein anderes Element gebunden wird, um ein neues Mineral zu bilden. Es wird jedoch angenommen, dass Magmen mit weniger als 58 % SiO 2 kristallines Siliziumdioxid enthalten.

Die Expositionshöhen gegenüber freiem kristallinem Siliziumdioxid in der Asche werden häufig zur Charakterisierung des Silikoserisikos in Berufsstudien (für Personen, die im Bergbau, im Baugewerbe und in anderen Industrien arbeiten) verwendet, da es von der Internationalen Forschungsagentur als krebserzeugend für den Menschen eingestuft wird zum Thema Krebs . Für die Exposition wurden Richtwerte erstellt, jedoch mit unklarer Begründung; Die britischen Richtlinien für Partikel in der Luft (PM10) sind 50 µg/m 3 und die US-Richtlinien für die Exposition gegenüber kristallinem Siliziumdioxid sind 50 µg/m 3 . Es wird davon ausgegangen, dass die Expositionsgrenzwerte für kurze Zeit ohne signifikante gesundheitliche Auswirkungen auf die Allgemeinbevölkerung überschritten werden könnten.

Es gibt keine dokumentierten Fälle von Silikose, die durch die Exposition gegenüber Vulkanasche entstanden sind. Es fehlen jedoch Langzeitstudien, die notwendig sind, um diese Effekte zu bewerten.

Aufnahme von Asche

Für Oberflächenwasserquellen wie Seen und Reservoirs ist das Volumen, das für die Verdünnung der aus der Asche ausgewaschenen ionischen Spezies verfügbar ist, im Allgemeinen groß. Die am häufigsten vorkommenden Bestandteile von Aschesickerwasser (Ca, Na, Mg, K, Cl, F und SO 4 ) kommen in den meisten Oberflächengewässern natürlicherweise in signifikanten Konzentrationen vor und werden daher nicht stark durch Einträge aus vulkanischem Aschefall beeinflusst und sind ebenfalls von geringer Bedeutung im Trinkwasser, mit Ausnahme von Fluor . Die Elemente Eisen , Mangan und Aluminium werden im Allgemeinen durch vulkanische Asche über dem Hintergrundniveau angereichert. Diese Elemente können dem Wasser einen metallischen Geschmack verleihen und können rote, braune oder schwarze Flecken auf Weißware verursachen, werden jedoch nicht als Gesundheitsrisiko angesehen. Es ist nicht bekannt, dass vulkanische Aschefälle Probleme in der Wasserversorgung für giftige Spurenelemente wie Quecksilber (Hg) und Blei (Pb) verursacht haben, die in sehr geringen Mengen in Aschesickerwasser vorkommen.

Die Aufnahme von Asche kann für Nutztiere schädlich sein, zu Zahnabrieb führen und bei hohem Fluorgehalt zu einer Fluorvergiftung (ab >100 µg/g giftig) für Weidetiere. Aus dem Ausbruch des Laki im Jahr 1783 in Island ist bekannt, dass es bei Mensch und Vieh zu einer Fluorvergiftung kam, die auf die Chemie der Asche und des Gases zurückzuführen ist, die einen hohen Fluorwasserstoffgehalt enthielten . Nach den Ausbrüchen des Mount Ruapehu 1995/96 in Neuseeland starben zweitausend Schafe und Lämmer, nachdem sie beim Grasen auf dem Land mit nur 1–3 mm Asche durch Fluorose befallen waren. Zu den Symptomen einer Fluorose bei Rindern, die Asche ausgesetzt waren, gehören braun-gelbe bis grün-schwarze Flecken in den Zähnen und eine Überempfindlichkeit gegenüber Druck in den Beinen und im Rücken. Auch die Einnahme von Asche kann zu Magen-Darm-Blockaden führen. Schafe, die Asche vom Vulkanausbruch des Mount Hudson 1991 in Chile aufgenommen hatten, litten an Durchfall und Schwäche.

Andere Auswirkungen auf Nutztiere

Asche, die sich in der Rückenwolle von Schafen ansammelt, kann das Gewicht erheblich erhöhen, was zu Ermüdung und Schafen führt, die nicht aufstehen können. Regen kann zu einer erheblichen Belastung führen, da er die Asche schwerer macht. Wollstücke können wegfallen und verbleibende Wolle von Schafen kann wertlos sein, da eine schlechte Ernährung, die mit Vulkanausbrüchen verbunden ist, die Qualität der Faser beeinträchtigt. Da die üblichen Weiden und Pflanzen während des Ausbruchs mit Vulkanasche bedeckt werden, können einige Tiere auf alles zurückgreifen, was verfügbar ist, einschließlich giftiger Pflanzen. Es gibt Berichte über Ziegen und Schafe in Chile und Argentinien mit natürlichen Abtreibungen im Zusammenhang mit Vulkanausbrüchen.

Infrastruktur

Elektrizität

Elektrischer Isolatorüberschlag durch Kontamination mit Vulkanasche

Vulkanasche kann elektrische Stromversorgungssysteme auf allen Ebenen der Stromerzeugung, -umwandlung, -übertragung und -verteilung stören. Es gibt vier Hauptauswirkungen, die sich aus der Ascheverunreinigung von Apparaten ergeben, die im Stromlieferprozess verwendet werden:

  • Nass Ablagerungen von Asche , die auf Hochspannungsisolator kann einen Leckstrom (geringe Menge an Stromfluss über die Isolatoroberfläche) einzuleiten , das, wenn ein ausreichender Strom erzielt wird, kann dazu führen , Flashover (die unbeabsichtigte elektrische Entladung um oder über die Oberfläche eines isolierenden Material).
Wenn der resultierende Kurzschlussstrom hoch genug ist, um den Leistungsschalter auszulösen, kommt es zu einer Betriebsunterbrechung. Ascheinduzierter Überschlag über die Transformatorisolierung (Durchführungen) kann die Isolierung irreparabel verbrennen, ätzen oder reißen und zur Unterbrechung der Stromversorgung führen.
  • Vulkanasche kann metallische Apparate, insbesondere bewegliche Teile wie Wasser- und Windturbinen und Kühlgebläse an Transformatoren oder Wärmekraftwerken, erodieren, aushöhlen und durchspülen .
  • Die hohe Schüttdichte einiger Ascheablagerungen kann durch Aschebelastung zu Leitungsbrüchen und Schäden an Stahltürmen und Holzpfählen führen. Dies ist am gefährlichsten, wenn die Asche und/oder die Leitungen und Strukturen nass sind (zB durch Regen) und es ≥ 10 mm Asche gefallen ist. Feinkörnige Asche (zB < 0,5 mm Durchmesser) haftet am leichtesten an Linien und Strukturen. Vulkanasche kann auch überhängende Vegetation laden und dazu führen, dass sie auf Leinen fällt. Die Ansammlung von Schnee und Eis auf Leitungen und überhängender Vegetation erhöht das Bruch- und/oder Einsturzrisiko von Leitungen und anderer Hardware weiter.
  • Kontrollierte Ausfälle von gefährdeten Anschlusspunkten (zB Umspannwerken ) oder Kreisläufen bis zum Abklingen der Asche oder zur stromlosen Reinigung von Geräten.

Trinkwasserversorgung

Wasserturbine des Agoyan- Wasserkraftwerks durch vulkanische Asche beladenes Wasser erodiert

Grundwassergespeiste Systeme sind widerstandsfähig gegen Auswirkungen von Asche, obwohl Asche in der Luft den Betrieb von Brunnenpumpen beeinträchtigen kann. Stromausfälle durch Ascheregen können auch elektrisch betriebene Pumpen stören, wenn keine Ersatzstromerzeugung vorhanden ist.

Die physikalischen Auswirkungen von Ascheregen können den Betrieb von Wasseraufbereitungsanlagen beeinträchtigen. Asche kann Ansaugstrukturen blockieren, schwere Abriebschäden an Pumpenlaufrädern verursachen und Pumpenmotoren überlasten. Asche kann sowohl durch direkten Niederschlag als auch über Zulaufgewässer in Filtersysteme wie offene Sandfilter gelangen. In den meisten Fällen ist eine erhöhte Wartung erforderlich, um die Auswirkungen eines Aschesturzes zu bewältigen, aber es wird keine Dienstunterbrechungen geben.

Der letzte Schritt der Trinkwasseraufbereitung ist die Desinfektion, um sicherzustellen, dass das endgültige Trinkwasser frei von infektiösen Mikroorganismen ist. Da Schwebstoffe (Trübung) ein Wachstumssubstrat für Mikroorganismen darstellen und sie vor einer Desinfektionsbehandlung schützen können, ist es äußerst wichtig, dass der Wasseraufbereitungsprozess eine gute Entfernung von Schwebstoffen erreicht. Möglicherweise muss die Chlorierung erhöht werden, um eine ausreichende Desinfektion zu gewährleisten.

Viele Haushalte und einige kleine Gemeinden sind für ihre Trinkwasserversorgung auf Regenwasser angewiesen. Dachbeschickte Systeme sind sehr anfällig für Verunreinigungen durch Aschefall, da sie eine große Oberfläche im Verhältnis zum Speichervolumen haben. In diesen Fällen kann das Auswaschen chemischer Verunreinigungen aus dem Aschefall zu einem Gesundheitsrisiko werden und das Trinken von Wasser wird nicht empfohlen. Vor einem Aschefall sollten Fallrohre abgetrennt werden, damit das Wasser im Tank geschützt ist. Ein weiteres Problem besteht darin, dass die Oberflächenbeschichtung von frischer Vulkanasche sauer sein kann. Im Gegensatz zu den meisten Oberflächengewässern hat Regenwasser im Allgemeinen eine sehr geringe Alkalität (Säureneutralisationsvermögen) und daher kann Aschefall das Tankwasser versauern. Dies kann zu Problemen mit der Plumbosolvency führen , wodurch das Wasser aggressiver gegenüber Materialien ist, mit denen es in Kontakt kommt. Dies kann ein besonderes Problem sein, wenn Bleinägel oder Bleibleche auf dem Dach verwendet werden, sowie bei Kupferrohren und anderen metallischen Sanitärarmaturen.

Bei Ascheregenereignissen werden häufig große Anforderungen an die Wasserressourcen für die Reinigung gestellt, und es kann zu Engpässen kommen. Engpässe beeinträchtigen wichtige Dienste wie die Brandbekämpfung und können zu einem Mangel an Wasser für Hygiene, sanitäre Einrichtungen und Trinkwasser führen. Kommunale Behörden müssen diesen Wasserbedarf sorgfältig überwachen und steuern und müssen möglicherweise die Öffentlichkeit auf Reinigungsmethoden hinweisen, die kein Wasser verwenden (z. B. Reinigung mit Besen statt Schläuchen).

Abwasserbehandlung

Abwassernetze können ähnliche Schäden erleiden wie Wasserversorgungsnetze. Es ist sehr schwierig, Asche aus der Kanalisation auszuschließen. Systeme mit kombinierten Regenwasser-/Abwasserleitungen sind am stärksten gefährdet. Durch unzulässige Anschlüsse (zB von Dachfallrohren), Querverbindungen, um Schachtdeckel oder durch Löcher und Risse in Abwasserrohren gelangt Asche in Abwasserleitungen, bei denen Niederschlagswasser ein- bzw. versickert.

Aschehaltiges Abwasser, das in eine Kläranlage gelangt, führt wahrscheinlich zum Ausfall von mechanischen Vorsieben wie Stufensieben oder rotierenden Sieben. Asche, die weiter in das System eindringt, setzt sich ab und verringert die Kapazität von biologischen Reaktoren sowie das Volumen des Schlamms und verändert seine Zusammensetzung.

Flugzeug

Der Hauptschaden von Flugzeugen, die in eine vulkanische Aschewolke fliegen, ist Abrieb an nach vorne gerichteten Oberflächen, wie der Windschutzscheibe und den Vorderkanten der Tragflächen, und Ansammlung von Asche in Oberflächenöffnungen, einschließlich Triebwerken. Der Abrieb von Windschutzscheiben und Landescheinwerfern verringert die Sicht und zwingt die Piloten, sich auf ihre Instrumente zu verlassen. Einige Instrumente können jedoch falsche Messwerte liefern, da Sensoren (z. B. Staurohre ) durch Asche verstopft werden können. Die Aufnahme von Asche in Triebwerke führt zu Abriebschäden an den Verdichterlüfterschaufeln. Die Asche erodiert die scharfen Schaufeln des Kompressors und verringert dessen Wirkungsgrad. Die Asche schmilzt in der Brennkammer zu geschmolzenem Glas. Die Asche verfestigt sich dann auf den Turbinenschaufeln, blockiert den Luftstrom und führt zum Abwürgen des Triebwerks.

Die Zusammensetzung der meisten Asche ist so, dass ihre Schmelztemperatur innerhalb der Betriebstemperatur (>1000 °C) moderner großer Strahltriebwerke liegt . Das Ausmaß des Aufpralls hängt von der Aschekonzentration in der Wolke, der Verweildauer des Flugzeugs in der Wolke und den von den Piloten ergriffenen Maßnahmen ab. Entscheidend ist, dass das Schmelzen von Asche, insbesondere von vulkanischem Glas, zu einer Ansammlung von wiederverfestigter Asche an den Leitschaufeln der Turbinendüsen führen kann, was zu einem Verdichterabriss und einem vollständigen Verlust des Triebwerksschubs führt. Das Standardverfahren des Motorsteuersystems, wenn es einen möglichen Stall erkennt, besteht darin, die Leistung zu erhöhen, was das Problem verschlimmern würde. Es wird empfohlen, dass Piloten die Motorleistung reduzieren und die Wolke schnell verlassen, indem sie eine absteigende 180°-Drehung ausführen. Vulkanische Gase, die in Aschewolken enthalten sind, können auch Motoren und Acryl-Windschutzscheiben beschädigen und können über längere Zeit als fast unsichtbares Aerosol in der Stratosphäre verbleiben.

Auftreten

Es gibt viele Fälle von Schäden an Düsenflugzeugen als Folge einer Aschebegegnung. Am 24. Juni 1982 flog eine Boeing 747-236B ( Flug 9 ) von British Airways durch die Aschewolke des Ausbruchs des Mount Galunggung , Indonesien, was zum Ausfall aller vier Triebwerke führte. Das Flugzeug sank innerhalb von 16 Minuten auf 7.300 m (24.000 Fuß), bevor die Triebwerke wieder anliefen, sodass das Flugzeug eine Notlandung durchführen konnte. Am 15. Dezember 1989 verlor auch eine KLM- Boeing 747-400 ( Flug 867 ) die Leistung aller vier Triebwerke, nachdem sie in eine Aschewolke von Mount Redoubt , Alaska, geflogen war . Nachdem die Triebwerke in vier Minuten 4.700 Fuß (4.500 m) abgefallen waren, wurden die Triebwerke nur 1-2 Minuten vor dem Aufprall gestartet. Der Gesamtschaden belief sich auf 80 Millionen US-Dollar und die Reparatur des Flugzeugs dauerte drei Monate. In den 1990er Jahren erlitten Verkehrsflugzeuge (einige in der Luft, andere am Boden) infolge des Ausbruchs des Mount Pinatubo auf den Philippinen im Jahr 1991 weitere Schäden in Höhe von 100 Millionen US-Dollar .

Im April 2010 war der Luftraum in ganz Europa betroffen, wobei viele Flüge gestrichen wurden – was beispiellos war – aufgrund des Vorhandenseins von Vulkanasche in der oberen Atmosphäre des Ausbruchs des isländischen Vulkans Eyjafjallajökull . Am 15. April 2010 stellte die finnische Luftwaffe ihre Trainingsflüge ein, als Schäden durch die Aufnahme von Vulkanstaub durch die Triebwerke eines ihrer Boeing F-18 Hornet- Jäger festgestellt wurden. Am 22. April 2010 wurden auch die Trainingsflüge der britischen RAF Typhoon vorübergehend eingestellt, nachdem in den Triebwerken eines Jets Ablagerungen von Vulkanasche gefunden wurden. Im Juni 2011 gab es Ähnliche Verschlüsse des Luftraums in Chile, Argentinien, Brasilien, Australien und Neuseeland, nach dem Ausbruch des Puyehue , Chile .

Erkennung
Abdeckung der neun VAAC weltweit
Das AVOID-Instrument, das am Rumpf eines AIRBUS A340-Testflugzeugs montiert ist

Vulkanaschewolken sind von Flugzeugen aus sehr schwer zu erkennen, da keine Bordinstrumente im Cockpit vorhanden sind, um sie zu erkennen. Doch ein neues System namens Airborne Volcanic Object - Infrarot - Detektor (AVOID) wurde vor kurzem von Dr. Fred Prata entwickelt worden , während bei CSIRO Australien und dem Arbeits Norwegischen Institut für Luftforschung , die Piloten Asche zu erkennen ermöglicht es brüstet bis zu 60 km (37 mi ) voraus und fliege sicher um sie herum. Das System verwendet zwei schnell abtastende Infrarotkameras, die auf einer nach vorne gerichteten Oberfläche montiert sind und darauf abgestimmt sind, Vulkanasche zu erkennen. Dieses System kann Aschekonzentrationen von <1 mg/m 3 bis > 50 mg/m 3 erkennen , was den Piloten eine Warnung von etwa 7–10 Minuten gibt. Die Kamera wurde von der Fluggesellschaft easyJet , AIRBUS und Nicarnica Aviation (mitbegründet von Dr. Fred Prata) getestet . Die Ergebnisse zeigten, dass das System ohne wesentliche Modifikationen bis zu Entfernungen von ~60 km und bis zu 10.000 ft arbeiten kann, jedoch nicht höher.

Darüber hinaus können boden- und satellitengestützte Bilder, Radar und Lidar verwendet werden, um Aschewolken zu erkennen. Diese Informationen werden zwischen meteorologischen Agenturen, Vulkanobservatorien und Fluggesellschaften über Volcanic Ash Advisory Centers (VAAC) weitergegeben . Für jede der neun Regionen der Welt gibt es einen VAAC. VAACs können Advisories herausgeben, die das aktuelle und zukünftige Ausmaß der Aschewolke beschreiben.

Flughafensysteme

Vulkanasche beeinträchtigt nicht nur den Flugbetrieb, sondern kann auch den bodengebundenen Flughafenbetrieb beeinträchtigen. Kleine Ascheansammlungen können die Sicht beeinträchtigen, rutschige Start- und Landebahnen und Rollwege erzeugen, Kommunikations- und elektrische Systeme infiltrieren, Bodendienste unterbrechen, Gebäude beschädigen und geparkte Flugzeuge beschädigen. Ascheansammlungen von mehr als wenigen Millimetern müssen entfernt werden, bevor die Flughäfen den vollen Betrieb wieder aufnehmen können. Asche verschwindet nicht (im Gegensatz zu Schneefällen) und muss so entsorgt werden, dass sie nicht durch Wind und Flugzeug remobilisiert wird.

Landverkehr

Asche kann stunden- bis tagelang Transportsysteme über große Gebiete unterbrechen, einschließlich Straßen und Fahrzeuge, Eisenbahnen und Häfen und Schifffahrt. Herabfallende Asche verringert die Sicht, was das Fahren erschweren und gefährlich machen kann. Darüber hinaus wirbeln schnell fahrende Autos Asche auf und erzeugen Wolken, die die Sichtbarkeit gefährden. Ascheansammlungen verringern die Traktion, insbesondere bei Nässe, und bedecken Fahrbahnmarkierungen. Feinkörnige Asche kann in Autoöffnungen eindringen und die meisten Oberflächen abschleifen, insbesondere zwischen beweglichen Teilen. Luft- und Ölfilter werden verstopft und müssen häufig ausgetauscht werden. Der Schienenverkehr ist weniger anfällig, wobei Störungen hauptsächlich durch die Verringerung der Sichtbarkeit verursacht werden.

Auch der Seeverkehr kann durch Vulkanasche beeinträchtigt werden. Ascheregen blockiert Luft- und Ölfilter und reibt alle beweglichen Teile ab, wenn sie in Motoren aufgenommen wird. Die Navigation wird durch eine Verringerung der Sicht während des Aschesturzes beeinträchtigt. Bläschenasche ( Bimsstein und Schlacke ) schwimmt auf der Wasseroberfläche in „Bimssteinflößen“, die die Wassereinlässe schnell verstopfen und zu einer Überhitzung der Maschinen führen können.

Kommunikation

Telekommunikations- und Rundfunknetze können auf folgende Weise von Vulkanasche betroffen sein: Dämpfung und Verringerung der Signalstärke; Schäden an der Ausrüstung; und Überlastung des Netzwerks durch Benutzernachfrage. Die Signaldämpfung durch Vulkanasche ist nicht gut dokumentiert; Es gab jedoch Berichte über unterbrochene Kommunikation nach der Surtsey- Eruption 1969 und der Mount Pinatubo-Eruption 1991. Untersuchungen der in Neuseeland ansässigen Auckland Engineering Lifelines Group ergaben theoretisch, dass die Auswirkungen von Asche auf Telekommunikationssignale auf niederfrequente Dienste wie die Satellitenkommunikation beschränkt sind . Signalstörungen können auch durch Blitze verursacht werden, da diese häufig innerhalb von Vulkanausbruchsfahnen erzeugt werden.

Telekommunikationsgeräte können durch direkten Aschefall beschädigt werden. Die meisten modernen Geräte erfordern eine ständige Kühlung durch Klimaanlagen . Diese sind anfällig für Verstopfungen durch Asche, was ihre Kühlleistung verringert. Schwere Aschefälle können durch Ascheladung zum Einsturz von Telekommunikationsleitungen, Masten, Kabeln, Antennen, Antennenschüsseln und Türmen führen. Feuchte Asche kann auch eine beschleunigte Korrosion von Metallkomponenten verursachen.

Berichte von jüngsten Ausbrüchen deuten darauf hin, dass die größte Störung von Kommunikationsnetzen aufgrund der hohen Benutzernachfrage überlastet ist. Dies ist bei vielen Naturkatastrophen üblich.

Computers

Computer können durch Vulkanasche beeinträchtigt werden, wobei ihre Funktionalität und Benutzerfreundlichkeit während des Aschesturzes abnimmt, aber es ist unwahrscheinlich, dass sie vollständig ausfallen. Die am stärksten anfälligen Komponenten sind die mechanischen Komponenten, wie Kühllüfter , CD-Laufwerke , Tastatur , Mäuse und Touchpads . Diese Komponenten können sich durch feinkörnige Asche verklemmen und ihre Funktion einstellen; die meisten können jedoch durch Reinigen mit Druckluft wieder funktionstüchtig gemacht werden. Feuchte Asche kann elektrische Kurzschlüsse in Desktop-Computern verursachen; hat jedoch keine Auswirkungen auf Laptops.

Gebäude und Strukturen

Schäden an Gebäuden und Bauwerken können vom vollständigen oder teilweisen Dacheinsturz bis hin zu weniger katastrophalen Schäden an Außen- und Innenmaterialien reichen. Die Auswirkungen hängen von der Dicke der Asche ab, ob nass oder trocken, der Dach- und Gebäudekonstruktion und wie viel Asche in das Gebäudeinnere gelangt. Das spezifische Gewicht der Asche kann stark variieren und Regen kann dieses um 50–100 % erhöhen. Die mit der Ascheladung verbundenen Probleme sind denen von Schnee ähnlich; Asche ist jedoch schwerwiegender, da 1) die Belastung durch Asche im Allgemeinen viel höher ist, 2) die Asche nicht schmilzt und 3) die Asche die Dachrinnen verstopfen und beschädigen kann, insbesondere nach Regenfällen. Die Auswirkungen der Aschebelastung hängen von der Konstruktion und Konstruktion des Gebäudes ab, einschließlich Dachneigung, Baumaterialien, Dachspannweite und Tragsystem sowie Alter und Wartung des Gebäudes. Generell sind Flachdächer anfälliger für Beschädigungen und Einsturz als Steildächer. Dächer aus glatten Materialien (Blech oder Glas) verlieren eher Asche als Dächer aus rauen Materialien (Reet, Asphalt oder Holzschindeln). Das Einstürzen des Daches kann zu weit verbreiteten Verletzungen und Todesfällen sowie zu Sachschäden führen. Zum Beispiel kamen beim Einsturz von Dächern aus Asche während des Ausbruchs des Mount Pinatubo am 15. Juni 1991 etwa 300 Menschen ums Leben.

Umwelt und Landwirtschaft

Vulkanasche kann schädliche Auswirkungen auf die Umwelt haben, die aufgrund der großen Vielfalt der Umweltbedingungen in der Aschefallzone schwer vorherzusagen sind. Natürliche Wasserstraßen können in gleicher Weise beeinträchtigt werden wie städtische Wasserversorgungsnetze. Ash Wassertrübung erhöhen , die die Lichtmenge erreichen untere Tiefen reduzieren, was ein Wachstum von unter Wasser hemmen kann Wasserpflanzen und damit Einfluss auf Arten , die von ihnen abhängig sind, wie Fisch und Krustentiere . Eine hohe Trübung kann auch die Fähigkeit der Fischkiemen beeinträchtigen , gelösten Sauerstoff aufzunehmen . Außerdem wird es zu einer Versauerung kommen, die den pH-Wert des Wassers senkt und sich auf die in der Umwelt lebende Fauna und Flora auswirkt. Eine Fluoridverunreinigung tritt auf, wenn die Asche hohe Fluoridkonzentrationen enthält.

Die Ansammlung von Asche wird sich auch auf Weiden, Pflanzen und Bäume auswirken, die Teil des Gartenbaus und der Landwirtschaft sind . Dünne Aschefälle (<20 mm) können das Vieh vom Fressen abhalten und können die Transpiration und Photosynthese hemmen und das Wachstum verändern. Es kann zu einem Anstieg der Weideproduktion aufgrund eines Mulcheffekts und eines leichten Düngeeffekts kommen, wie er nach den Ausbrüchen des Mount St. Helens 1980 und des Mount Ruapehu 1995/96 aufgetreten ist. Schwerere Stürze werden Weiden und Böden vollständig begraben, was zum Tod der Weide und zur Sterilisierung des Bodens aufgrund von Sauerstoffmangel führt. Das Überleben der Pflanzen hängt von der Aschedicke, der Aschechemie, der Verdichtung der Asche, der Niederschlagsmenge, der Dauer der Verschüttung und der Länge der Pflanzenstiele zum Zeitpunkt des Aschefalles ab.

Junge Wälder (Bäume <2 Jahre alt) sind am stärksten durch Ascheabfälle gefährdet und werden wahrscheinlich durch Ascheablagerungen >100 mm zerstört. Es ist unwahrscheinlich, dass durch den Fall von Eschen alte Bäume getötet werden, aber bei starkem Aschefall (>500 mm) kann die Aschebelastung große Äste brechen. Es kann auch zu Entlaubung von Bäumen kommen, insbesondere wenn der Aschefall eine grobe Aschekomponente enthält.

Je nach Dicke der Ascheablagerung kann eine Bodensanierung nach dem Aschefall möglich sein. Die Rehabilitationsbehandlung kann umfassen: direkte Aussaat der Ablagerung; Vermischung der Ablagerung mit vergrabenem Boden; Abkratzen von Ascheablagerungen von der Landoberfläche; und Auftragen von neuem Mutterboden über die Ascheablagerung.

Interdependenz

Interdependenz vulkanischer Ascheeinschläge der Eyjafjallajökull-Eruptionen 2010

Kritische Infrastrukturen und Infrastrukturdienste sind für die Funktionsfähigkeit der modernen Gesellschaft von entscheidender Bedeutung und bieten: medizinische Versorgung, Polizei, Rettungsdienste und Lebensadern wie Wasser, Abwasser sowie Strom- und Verkehrsverbindungen. Oftmals sind kritische Einrichtungen selbst in Bezug auf ihre Funktionsfähigkeit von solchen Rettungsleinen abhängig, was sie sowohl für direkte Auswirkungen eines Gefahrenereignisses als auch für indirekte Auswirkungen einer Unterbrechung der Rettungsleine anfällig macht.

Die Auswirkungen auf Lebensadern können auch voneinander abhängig sein . Die Anfälligkeit jeder Lebensader kann abhängen von: der Art der Gefahr, der räumlichen Dichte ihrer kritischen Verbindungen, der Abhängigkeit von kritischen Verbindungen, der Schadensanfälligkeit und der Geschwindigkeit der Wiederherstellung der Dienste, dem Reparaturzustand oder dem Alter sowie den institutionellen Merkmalen oder dem Eigentum.

Der Ausbruch des Eyjafjallajökull im Jahr 2010 in Island hat die Auswirkungen des Vulkanaschesturzes auf die moderne Gesellschaft und unsere Abhängigkeit von der Funktionsfähigkeit der Infrastrukturdienste deutlich gemacht. Während dieses Ereignisses erlitt die Luftfahrtindustrie durch die sechstägige Sperrung des europäischen Luftraums im April 2010 und anschließende Sperren bis in den Mai 2010 Betriebsunterbrechungsschäden in Höhe von 1,5–2,5 Mrd. € in der Agrarindustrie, Verluste in der Tourismusindustrie, Zerstörung von Straßen und Brücken in Island (in Kombination mit Gletscherschmelzwasser) und Kosten im Zusammenhang mit Notfallmaßnahmen und Aufräumarbeiten. Europaweit kam es jedoch zu weiteren Verlusten im Zusammenhang mit Reiseunterbrechungen, der Versicherungswirtschaft, dem Postdienst sowie europa- und weltweitem Import und Export. Diese Konsequenzen zeigen die Interdependenz und Vielfalt der Auswirkungen eines einzelnen Ereignisses.

Vorsorge, Minderung und Management

Ein Mann in einem roten Hemd, fegend
Ein Mann hält einen Schlauch und besprüht Vulkanasche mit Wasser
Zwei Managementmethoden während der Kelud-Eruptionen 2014 : Kehren (oben) und Besprühen mit Wasser (unten)

Die Vorbereitung auf Aschefälle sollte das Abdichten von Gebäuden, den Schutz von Infrastruktur und Häusern sowie die Lagerung von ausreichenden Nahrungsmittel- und Wasservorräten umfassen, damit der Aschefall vorüber ist und die Säuberung beginnen kann. Staubmasken können getragen werden, um das Einatmen von Asche zu reduzieren und die Auswirkungen auf die Gesundheit der Atemwege zu mildern. Zum Schutz vor Augenreizungen kann eine Schutzbrille getragen werden.

Zu Hause über vulkanische Aktivitäten informiert zu bleiben und Notfallpläne für alternative Schutzorte zu haben, ist eine gute Vorbereitung auf ein Aschefallereignis. Dies kann einige Auswirkungen im Zusammenhang mit Ascheabfällen verhindern, die Auswirkungen verringern und die menschliche Fähigkeit erhöhen, mit solchen Ereignissen umzugehen. Einige Gegenstände wie eine Taschenlampe, Plastikfolien zum Schutz elektronischer Geräte vor dem Eindringen von Asche und batteriebetriebene Funkgeräte sind bei Aschefallereignissen äußerst nützlich.

Im Voraus sollten Kommunikationspläne erstellt werden, um über ergriffene Minderungsmaßnahmen zu informieren. Ersatzteile und Backup-Systeme sollten vor Aschefallereignissen vorhanden sein, um Betriebsunterbrechungen zu reduzieren und die Funktionsfähigkeit so schnell wie möglich wiederherzustellen. Zu einer guten Vorbereitung gehört auch die Identifizierung von Aschedeponien, bevor die Asche abfällt, um weitere Aschebewegungen zu vermeiden und die Reinigung zu unterstützen.

Es wurden einige wirksame Techniken für das Management von Asche entwickelt, einschließlich Reinigungsverfahren und Reinigungsvorrichtungen sowie Maßnahmen zur Minderung oder Begrenzung von Schäden. Letztere umfassen das Abdecken von Öffnungen wie: Luft- und Wassereinlässen, Flugzeugtriebwerken und Fenstern bei Aschefallereignissen. Straßen können gesperrt werden, um die Beseitigung von Ascheherden zu ermöglichen, oder es können Geschwindigkeitsbeschränkungen eingeführt werden, um zu verhindern, dass Autofahrer nach einem Aschesturz motorische Probleme entwickeln und stranden. Um weitere Auswirkungen auf Grundwassersysteme oder Abwassernetze zu vermeiden, sollten Abflüsse und Düker freigegeben und das Eindringen von Asche in das System verhindert werden. Die Asche kann durch Besprühen mit Wasser angefeuchtet (aber nicht gesättigt) werden, um die Remobilisierung der Asche zu verhindern und die Reinigung zu erleichtern. Auch die Priorisierung der Aufräumarbeiten für kritische Einrichtungen und die Koordinierung der Aufräumarbeiten sind eine gute Managementpraxis.

Es wird empfohlen, das Vieh in Bereichen zu evakuieren, in denen der Aschefall 5 cm oder mehr erreichen kann.

Vulkanascheböden

Vulkanasche wird hauptsächlich als Bodenanreicherer verwendet. Sobald die Mineralien in der Asche durch Regen oder andere natürliche Prozesse in den Boden gespült wurden, vermischt sie sich mit dem Boden, um eine Andisolschicht zu bilden. Diese Schicht ist sehr nährstoffreich und sehr gut für die Landwirtschaft geeignet; Das Vorkommen üppiger Wälder auf vulkanischen Inseln ist oft darauf zurückzuführen, dass Bäume im phosphor- und stickstoffreichen Andisol wachsen und gedeihen . Vulkanasche kann auch als Sandersatz verwendet werden.

Siehe auch

Verweise

Externe Links