监控“泡沫”岩浆气体可以躲避灾难

火山喷发是危险的,很难预测。东京大学的一个小组发现,原子在特定气体的比例从火山火山释放(在地球表面的缺口)可以提供的一项指标发生了什么下面的岩浆深——类似于血液测试来检查你的健康。这可以表明当事情可能是“升温。“具体来说,变化的比率argon-40和氦- 3可以表明岩浆的泡沫,这信号不同类型的爆发的风险。理解比例的气体显示某种类型的岩浆活动是一大步。接下来,团队希望开发便携式设备提供现场实时测量24/7火山活动监测和早期预警系统。

站在一座火山的想法让你兴奋得颤抖,还是恐惧?对许多人来说,住在一座火山的阴影是日常生活的一部分。日本有111个活火山,平均15火山“事件”,包括火山喷发,每年。但这些事件是出了名的难以预测,可以是致命的。Ontake山,2014年日本的第二高的火山和一个著名的旅游景点,出人意料地爆发了,可悲的是造成58人死亡五失踪。地震活动通常是一个预警信号,但一些喷发(包括Ontake)没有明确的地震信号会发生灾难缓冲因素,像日本气象厅将受益于其他可靠的方法预先警告居民的下一个潜在的灾难。

火山喷气孔和裂缝在地球表面(地壳),释放的气体和蒸汽和火山周围经常发生。喷射气体组成的混合化学物质。其成分可以为我们提供了解正在发生的事情在地壳在地幔岩浆(熔岩)形式和向上推,最终喷发熔岩。研究人员已经知道,同位素的比率(从一个元素原子具有相同的化学性质,但不同质量)的某些气体可以显示隐藏的岩浆活动。“我们知道偶尔氦同位素比值变化从一个低价值,类似于氦地壳中发现,高价值,这样在地球的地幔,当岩浆的活动增加。这是基于一个观察冷泉气体氦同位素比率的耶罗岛岛,在加那利群岛(大西洋西北海岸的非洲),火山爆发发生在2011年,”教授解释说Hirochika Sumino则研究中心的先进的科学和技术。“但我们不知道为什么我们有更多的在岩浆幔源氦动荡。”

获得更深的见解,Sumino则和团队决定从六个火山监测气体Kusatsu-Shirane活火山,坐落在群马县西北约150公里的东京。团队收集样品每隔几个月七年来在2014和2021之间。集合后,他们将样品带回实验室,分析他们使用最先进的设备称为惰性气体质谱仪。这使他们能够精确测量同位素组成,包括超痕量(微小但重要)的同位素,如氦- 3,它通常是更丰富的地壳在地幔相比或空气。

“我们成功地检测变化magma-derived argon-40 /氦- 3的比例,与岩浆动荡。使用计算机模型,我们表明,比例多少反映了地下岩浆发泡,使泡沫分离的液体岩浆的火山气体,“Sumino则解释道。“多少多少岩浆岩浆泡沫控制天然气提供热液系统下火山岩浆的活跃程度。前者是蒸汽喷发的风险,相关的热液系统的水压力的增加会导致爆发。后者将增加岩浆上升的速度,导致岩浆喷发。

“火山与人体相比较时,传统的地球物理方法由观测的地震和地壳形变与听的胸部和身体大小的测量。在这种情况下,很难知道什么健康问题导致一些噪音在你的胸部或突然增加你的体重,没有详细的医疗检查。另一方面,分析元素的化学和同位素组成的火山气体就像呼吸或血液测试。这意味着我们正在看实际材料直接来源于岩浆与岩浆准确地知道发生了什么。”

目前,气体样品收集了,带回实验室进行分析,这是一个具有挑战性和耗时的过程。然而,Sumino则有经验改善惰性气体质谱仪,希望开发一个新的工具使其能够执行相同的分析,但在实时领域。“我们希望能够尽快检测岩浆活动的变化,“Sumino则说。“现在我们正在开发现场的便携式质谱仪,实时监控火山气体的惰性气体同位素比值。下一步是建立一个惰性气体分析协议有了这个新工具,使它成为现实,所有的活火山——至少那些有可能导致灾难的当地居民——监控一天24小时,一周七天。”

参考:Obase T, Sumino则H,富山K, et al。监控岩浆热液系统的惰性气体和碳同位素组成的火山气体。Sci代表。2022;12 (1):17967。doi:10.1038 / s41598 - 022 - 22280 - 3

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