Почвы с вулканическим пеплом

Вулканический пепел: опасность для человека

Среди опасностей, которые несут в себе извержения вулканов, вулканический пепел считается одной из самых коварных и разрушительных.

Вулканический пепел – одна из неприятных и опасных составляющих извержений вулканов. Он может состоять как из крупных кусочков, так и из мелких частиц размером с песчинку. Для порошкообразных материалов используют термин «вулканическая пыль», что, впрочем, не умаляет их угрозу для человека и окружающей среды.

Свойства вулканического пепла

На первый взгляд, вулканический пепел выглядит как мягкий, безвредный порошок, но на самом деле это каменный материал с твердостью 5+ по шкале Мооса. Он состоит из частиц неправильной формы с неровными краями, благодаря чему обладает высокой способностью повреждать авиационные окна, раздражать глаза, вызывать неполадки движущихся частей оборудования и много других проблем.

Вулканические частицы очень малы по размеру и отличаются везикулярной структурой с многочисленными полостями, в силу чего имеют относительно низкую плотность для каменного материала. Это свойство позволяет им подниматься высоко в атмосферу и распространяться ветром на большие расстояния. Они не растворяются в воде, а при намокании образуют суспензии или грязь, которая после высыхания превращается в твердый бетон.

Химический состав пепла зависит от состава магмы, из которой он образуется. Учитывая, что наиболее распространенными элементами, найденными в магме, являются диоксид кремния и кислород, в большинстве случаев пепел содержит в себе частицы кремния. В золе от базальтовых извержений находится 45–55 % диоксида кремния, богатого железом и магнием. При взрывоопасных риолитовых извержениях вулканы выбрасывают пепел с высоким содержанием кремнезема (более 69 %).

Образование пепельных колонн

Пепел вулкана Сент-Хеленс

Некоторые виды магмы содержат огромное количество растворенных газов, которые во время извержения вулкана расширяются и вырываются из жерла вместе с небольшими магматическими частицами. Устремляясь вверх в атмосферу, эти газы захватывают с собой пепел и горячие водяные пары, образуя колонны. Так, при извержении вулкана Сент-Хеленс взрывное высвобождение горячих вулканических газов породило гигантскую колонну, которая поднялась на высоту 22 км менее чем за 10 минут. После этого сильные ветры за 4 часа унесли ее к городу Спокан, расположенному в 400 км от жерла, а за 2 недели вулканическая пыль облетела вокруг Земли.

Влияние вулканического пепла

Вулканический пепел представляет большую опасность для людей, имущества, машин, городов и окружающей среды.

Влияние на здоровье человека

Наибольшую угрозу он несет здоровью человека. У людей, оказавшихся под пеплопадом, появляется кашель, дискомфорт при дыхании, развивается бронхит. Побочные действия извержения можно уменьшить благодаря использованию высокоэффективных респираторов, однако по возможности воздействия золы следует избегать. Долгосрочные проблемы могут включать в себя развитие такого заболевания, как силикоз, особенно если зола отличается большим содержанием кремнезема. Сухой вулканический пепел попадает в глаза и вызывает их раздражение. Наиболее острой такая проблема является для людей, которые носят контактные линзы.

Влияние на сельское хозяйство

После выпадения пепла животные испытывают те же неприятности, что и люди. Домашний скот подвержен раздражению слизистых и дыхательным заболеваниям, но к этому могут прибавиться еще и болезни пищеварительной системы – в том случае, если животные питаются на пастбищах, покрытых вулканическими частицами. Слой золы толщиной в несколько миллиметров, как правило, не вызывает серьезный ущерб сельскохозяйственных площадей, а вот более толстые скопления могут повредить культуры или вовсе их уничтожить. Мало того, они повреждают почву, убивая микрофитов и блокируя поступление в грунт воды и кислорода.

Воздействие на здания

Одна часть сухой золы по массе равна примерно десяти частям свежего снега. Большинство строений не предназначены для поддержки дополнительного веса, поэтому слой вулканического пепла большой толщины на крыше здания может перегрузить его и привести к обрушению. Если сразу же после выпадения пойдет дождь, это только усугубит проблему, увеличив нагрузку на кровлю.

Вулканический пепел может заполнить водостоки зданий и забить водосточные трубы. Зола в сочетании с водой вызывает коррозию металлических кровельных материалов. Мокрый пепел, накапливающийся вокруг внешних электрических элементов домов, приводит к удару током. Нередко после выбросов нарушается работа кондиционеров, поскольку мелкие частицы забивают фильтры.

Влияние на связь

Вулканический пепел может иметь электрический заряд, который препятствует распространению радиоволн и других передач, передаваемых по воздуху. Радио, телефоны и GPS-оборудование теряют возможность посылать или получать сигналы в непосредственной близости от вулкана. Также зола повреждает физические объекты, такие как провода, башни, здания и приборы, необходимые для поддержки связи.

Влияние на наземный транспорт

Первоначальное воздействие пепла на перевозки – это ограничение видимости. Зола блокирует солнечный свет, поэтому среди бела дня становится темно, как ночью. Кроме этого, всего лишь 1 миллиметр пепла может скрыть дорожную разметку. Во время езды мелкие частички захватываются воздушными фильтрами автомобилей, а также попадают в двигатель и повреждают его составляющие.

Вулканический пепел оседает на лобовые стекла автомобилей, вызывая необходимость использования дворников. Во время очистки абразивные частицы, попадающие между ветровым стеклом и стеклоочистителем, могут поцарапать окно. Во время дождя пепел, оседающий на дорогах, превращается в слой скользкой грязи, в результате теряется сцепка колес и асфальта.

Воздействие на воздушные перевозки

Современные реактивные двигатели перерабатывают огромные объемы воздуха. Если вулканический пепел втягивается в двигатель, то нагревается до температуры выше, чем температура его плавления. Расплавленная зола прилипает к внутренним частям двигателя и ограничивает поток воздуха, увеличивая вес самолета.

Абразивная структура пепла вулкана оказывает негативное воздействие на лайнеры, пролетающие в зоне извержения. На больших скоростях частицы золы, попадающие на лобовое стекло самолета, могут сделать его поверхность матовой, в результате пилот потеряет видимость. Пескоструйная обработка может также удалить краску на носу и кромках крыльев. В аэропортах проблемы возникают со взлетно-посадочными полосами – под пеплом скрывается маркировка, шасси самолета теряют сцепление при посадке и взлете.

Влияние на системы водоснабжения

Системы водоснабжения могут быть загрязнены пеплопадами, поэтому перед употреблением воды из рек, водохранилищ или озер проводится тщательная очистка взвеси. В то же время обработка воды с загущенным абразивным материалом может повредить насосы и оборудование для фильтрации. Зола также вызывает временные изменения химического состава жидкости, приводит к снижению рН и увеличению концентрации выщелоченных ионов – Cl, SO4, Na, Ca, K, Mg, F и многих других.

Таким образом, населенные пункты, расположенные вблизи или с подветренной стороны от вулканов, должны учитывать потенциальное воздействие вулканического пепла, разрабатывать пути борьбы с ним и минимизации его последствий. Гораздо проще принять меры заранее, нежели при извержении получить массу труднорешаемых проблем.

Источник

Вулканические почвы

Условия формирования

Основной ареал вулканических почв — полуостров Камчатка и Курильские острова. Формируются преимущественно под травянистыми каменноберезовыми лесами (реже — под стланиками и хвойными лесами) на вулканических рыхлых слоистых отложениях разной мощности и состава в условиях периодических новых поступлений пеплов. Это определяет особые черты строения и свойств вулканических почв. Вулканические почвы сильно различаются по составу и свойствам в зависимости от характера почвообразующих пород и биоклиматических условий. Сложное орографическое строение территории, наличие субмеридиональных хребтов привелок заметным различиям в степени континентальности и условиях увлажнения полуострова. В целом климат холодный, избыточно-влажный. Особенности почвообразования связаны, в первую очередь, с интенсивностью пеплопадов. И.А.Соколов выделял на Камчатке зоны интенсивных, умеренных и слабых пеплопадов. В связи с этим вулканические почвы можно разделить на несколько групп почв (параллельно уменьшению интенсивности пеплопадов): слоисто-пепловые, слоисто-охристые, светло-охристые, охристые, подзолисто-охристые [105, 225].

Морфологическое строение профиля

(O) — AO(Tj) — Bhf(Bmf) — (IIA) — (Bman) — (IIID — IVD)

Вулканические почвы характеризуются сложным слоистым полигенетическим профилем, состоящим из нескольких элементарных профилей (3–7 шт.). В вулканических охристых почвах в наибольшей степени выражены как специфические свойства почв, сформированных на вулканических отложениях, так и зональные биоклиматические особенности почвообразования.

В каждом элементарном профиле охристых почв выделяются органогенный O, органо-минеральный AO, часто перегнойный или торфянисто-перегнойный и иллювиально-альфегумусовый Вhf или иллювиально-метаморфический Bmf горизонты. По мере погребения они подвергаются трансформации. Нижние горизонты Bman имеют яркую охристую окраску — это охристые горизонты (диагностический горизонт, характерная особенность данного типа почвообразования). Степень их выветрелости увеличивается вниз по профилю. Степень выраженности органогенных горизонтов вниз по профилю слабеет.

Основные почвообразовательные процессы

• Подстилкообразование
• Грубогумусово-аккумулятивный процесс
• Альфегумусовый процесс
• Образование аллофана

Хозяйственное использование

Вулканические почвы пригодны для возделывания картофеля, холодоустойчивых овощных (свекла, морковь, капуста) и кормовых культур. При распашке наблюдается быстрое падение естественного плодородия почв в результате ускоренной минерализации органических веществ и выноса питательных элементов. Необходимо местное внесение повышенных доз комплексных удобрений, известкование. Характерно отсутствие последействия минеральных удобрений.

Аналитическая характеристика вулканических почв [105]

Свойства

Для вулканических почв характерны: кислая и слабокислая реакция среды; низкая емкость поглощения; низкая и средняя степень насыщенности основаниями, повышающаяся по мере снижения гумидности климата (светло-охристые). Характерно очень высокое содержание аллофана, подвижных форм полуторных оксидов (до 25% — в горизонтах Bmf). Почвы содержат много гумуса фульватного состава (в среднем 3–10%, меньше — в слоисто-пепловых). Максимум полуторных оксидов и вымытого/погребенного гумуса содержится в нижних иллювиально-метаморфических горизонтах. Элювиально-иллювиальное распределение по профилю подвижных форм R₂O₃ и гумуса накладывается на исходную слоистость профиля. Но характерно, что в охристых почвах погребенные органогенные горизонты не выделяются по содержанию гумуса. Почвы характеризуются очень низкой плотностью сложения (0,5–0,9 г/см 3 ), высокой гидрофильностью, высокой фильтрационной способностью; горизонт Bman обладает внутриагрегатной тиксотропией.

Микроморфологическая характеристика

АО Характеризуется рыхлостью и неоднородностью микростроения. По площади шлифа отмечается разное соотношение зерен вулканического стекла и растительных остатков разной степени разложенности, гифы и плодовые тела грибов. Высокое содержание вулканических частиц отмечается с самого верха горизонта, как правило, зерна стекла не имеют красящих пленок.

Вhf Отличается рыхлой упаковкой зерен вулканического стекла, на поверхности которых отмечаются колломорфные коричневые по цвету кутаны.

Пористые зерна стекла заметно разъедены, имеют зазубренные границы, отмечается тенденция проникновения колломорфного вещества внутрь зерен. В межскелетных порах отмечается большое количество разных по размеру и форме (округлых или неправильных) агрегатов из аморфной изотропной плазмы (буро-коричневого цвета, железисто-гумусового состава). Встречаются органические остатки разной степени разложенности.

Bmf По сравнению с вышележащим горизонтом изменяется цвет, размер и состав гумусового-железистого аморфного вещества: аморфная охристо-бурая плазма образует сгустки разного размера, в которых отмечается разное количество включений мелких тонкопылеватых частиц вулканического стекла, зерна песчаных частиц стекла и зерна окристаллизованных минералов покрыты с поверхности относительно мощными бурыми железистыми кутанами. Главное пигментирующее вещество — аморфные оксиды железа. Среди крупных зерен преобладает сильно выветрелое стекло с плохо сохранившейся структурой. Зерна полевых шпатов нередко разъедены. Для морфологии пепловых частиц характерно наличие большого числа беспорядочно ориентированных пор, занимающих более 80% объема, что придает характерный ажурный облик. Органические остатки практически отсутствуют [105].

• Вулканические почвы, масштаб 1:60 000 000

Источник

Почему некоторый кофе выращивают около действующих вулканов

Перевод статьи Perfect Daily Grind о выращивании кофе на вулканах

7 мин. на чтение

8577 просмотров

Во время извержения вулкана вулканическая порода смешивается с землей и образует самую плодородную почву. По своему химическому и минеральному составу она превосходит другие виды почв.

В мире насчитывают 1431 активных вулканов. В пределах 100 км от многих из них живут 800 миллионов человек — это 10 % от всего населения земного шара. Ежедневно они рискуют жизнью, чтобы выращивать культуры на плодородных почвах.

Однако качество почвы — только часть экосистемы, которую создает вулкан. Окружающая среда обеспечивает идеальные условия для того, чтобы вырастить самый вкусный кофе в мире. Вот почему так происходит.

Почему вулканическая почва так высоко ценится

Вулканические почвы, или андосоли — довольно легкий и пористый вид почвы. В большей степени они состоят из силикатов и накопленных органических веществ.

Вулканическую почву формирует тефра — материал, который вулкан выбросил в воздух во время извержения. Он образуется из вулканического пепла и скальных обломков. Со временем тефра разрушается и создает плодородную почву.

Вулканическая тефра. © nl.wikipedia.org

Андосоли хороши для посадки растений по нескольким причинам:

У них низкая плотность и пористая структура. Благодаря этому почва хорошо удерживает влагу и становится устойчивой к засухе. Корни растений растут глубоко, и на них не задерживается вода — это предотвращает гниение.

Вулканическая почва считается самой плодородной, потому что она относительно молодая. На ней еще ничего не росло, и содержится много питательных элементов. Разнообразие нутриентов в почве хорошо сказывается на росте кофейных деревьев.

Состав почвы разнится от вулкана к вулкану. Но андосоли всегда содержат фосфор, калий, кальций, магний, цинк, железо и бор, которые важны для выращивания кофейных деревьев.

Например, уровень калия влияет на формирование кофейной ягоды. А еще — на содержание сахара и лимонной кислоты, которые изменяют вкус кофе. Кальций необходим для роста корней и листьев, помогает ягодам быстрее созревать. Бор улучшает общую урожайность.

Если кофе вырос на богатых калием и фосфором почвах, у него более сбалансированный аромат, вкус и кислотность.

От чего зависит состав вулканической почвы

Плодородность вулканической почвы и рост кофе зависят от химического состава породы, вида и частоты вулканических извержений.

Извержения можно разделить на два вида: эффузивные и взрывные.

Эффузивные характеризуются извержением магмы. Она производит андосоли, богатые железом и магнием.

Взрывные характеризуются выбросами вулканического пепла, богатого кремнеземом, и тефры. Они покрывают землю вокруг вулкана. Образуются андосоли с высоким содержанием алюминия, натрия и калия.

Чаще всего вулканические почвы образуются после взрывных извержений. После эффузивных извержений почва покрывается лавой, которая может тысячелетиями распадаться до почвы.

Большинство взрывоопасных вулканов, которые производят андосоли, расположены в странах-производителях Латинской Америки. Колумбия, Эквадор и Гватемала находятся вокруг «Тихоокеанского вулканического огненного кольца». Это область в Тихом океане, в которой находится 75 % всех мировых вулканов и часто происходят извержения.
Тихоокеанское вулканическое огненное кольцо на карте

Вулканы извергаются раз в тысячелетие, поэтому свежая тефра периодически попадает в окружающую почву. Это защищает нижние слои андосоли от физического разрушения и выветривания. Также свежая тефра обеспечивает постоянную поставку нутриентов, чтобы поддерживать плодородный уровень почвы.

Вот почему там так хорошо растут кофейные деревья.

Что еще способствует выращиванию высококачественного кофе

Вулканы образуют не только богатую нутриентами почву, но и особый тип местности. Она идеально подходит для выращивания кофе.

В первую очередь, это высота произрастания. Известно, что вместе с высотой повышается и качество кофе: перепад температур ниже, кофейные ягоды лучше растут и созревают.

Из-за горных цепей кофейные деревья не подвергаются агрессивному солнечному свету — они растут в тени. Это тоже улучшает качество кофе.

Еще один фактор — угол наклона. Кофейные деревья лучше всего растут на склоне горы, где угол наклона 9 градусов. Такой угол можно найти на нижних склонах взрывоопасных вулканов: там диапазон — от 6 до 10 градусов.

Высота, тень и угол наклона создают идеальные условия для выращивания кофейных деревьев. Однако производство кофе здесь зависит от активности вулканов.

Климат у вулканов благоприятен для выращивания кофе. © unsplash.com

В чем опасность для фермеров

Андосоли способствуют росту населения вокруг активных вулканов и ранее незаселенных вулканических территорий. Но риск для жизни людей увеличивается, когда они начинают выращивать урожай или разбивать поселения на этих неспокойных территориях.

Большинство андосолей, которые используют фермеры, найдены рядом со взрывоопасными действующими вулканами. Опасны не только взрывы, но и облака пепла, горячие потоки газа и землетрясения, которые сопутствуют извержениям.

Вулканические оползни достигают скорости больше 80 км/ч и могут перемещаться на десятки, а иногда и сотни километров. Во время извержения они стекают вниз и разрушают все на пути к подножью вулкана. Они приносят вулканическую материю, из которой образуются новые слои андосоли. А люди из-за этого все больше приходят на плодородные земли.

Однако в краткосрочной перспективе оползни могут опустошить сельхозугодья и стереть с лица Земли целые города. Поэтому риск для жизни при работе на вулканических почвах всегда будет существовать.

Пробудившийся вулкан на Суматре, Индонезия. © unsplash.com

Оправдан ли риск фермеров

Вулканические почвы довольно молодые. Они содержат большое количество минеральных элементов, которые способствуют росту и развитию растений. Но жить и работать на плантациях рядом с вулканом — опасно для жизни.

И в то же время непонятно — оправдан ли риск? Люди не могут точно спрогнозировать вкус кофе, который получится в результате. Незначительные изменения в свойствах почвы и факторах окружающей среды (терруара) могут изменить характеристики кофе. Необходимы дополнительные исследования, чтобы понять, как вулканический материал влияет на вкус кофе.

Титульное фото — unsplash.com

Вам может быть интересно:

Как фермеры измеряют влажность кофе

14 июн 2021 · 5 мин. на чтение

8577 просмотров

Источник