Лимническое извержение - Limnic eruption

Озеро Ниос вскоре после лимнического извержения

А лимническая сыпь, также известный как озеро переворачивается, это редкий вид природная катастрофа в котором растворен углекислый газ (CO
2) внезапно прорывается из глубоких озерных вод, образуя газовое облако, способное задушить диких животных, домашний скот и людей. Лимническая сыпь также может вызвать цунами[нужна цитата ] как восходящий CO
2 вытесняет воду. Ученые считают землетрясения, вулканическая активность, и другие взрывные события могут послужить спусковым крючком для лимнических извержений. Озера, в которых происходит такая деятельность, называются лимнически активные озера или же взрывающиеся озера. Некоторые особенности лимнически активных озер включают:

  • CO
    2    -насыщенная поступающая вода
  • Прохладное дно озера указывает на отсутствие прямого вулканического взаимодействия с водами озера.
  • Верхний и нижний термический слой с разными CO
    2     насыщенности
  • Близость к районам с вулканической активностью

Исследования Озеро Монун и Озеро Ниос жертвы побудили ученых классифицировать лимнические извержения как отдельный тип стихийных бедствий, хотя они могут быть косвенно связаны с извержениями вулканов.[1]

Исторические события

Лимническое извержение расположено в Камеруне.
Озеро Монун
Озеро Монун
Озеро Ниос
Озеро Ниос
Места двух зафиксированных лимнических извержений в современной истории, Камерун.
Озеро Монун, расположенное в западном регионе Камеруна.

Из-за практически невидимой природы основной причины (CO2 gas) за лимническими извержениями, трудно определить, в какой степени извержения происходили в прошлом. В новейшей истории это явление наблюдалось дважды. Первое зарегистрированное лимническое извержение произошло в Камерун на озере Монун в 1984 г., в результате чего удушье и гибель 37 человек, проживающих поблизости.[2] Второе, более смертоносное извержение произошло в соседнем Озеро Ниос в 1986 г., на этот раз выпустив более 80 млн м3 CO2, убив около 1700 человек и 3500 голов домашнего скота, снова в результате удушья.[3]

Третье озеро, Озеро Киву, лежит на границе между Демократическая Республика Конго и Руанда, и содержит огромное количество растворенного CO2. Отобранные образцы донных отложений из озера показали, что в озере каждые 1000 лет вымирают живые существа, а близлежащая растительность смывается обратно в озеро. Лимнические извержения можно обнаружить и количественно оценить с помощью CO2 шкала концентрации путем отбора проб воздуха в пораженном регионе.[4]

В Яма Мессель ископаемое депозиты Мессель, Германия, показать признаки лимнического извержения там в начале эоцен. Среди жертв прекрасно сохранились насекомые, лягушки, черепахи, крокодилы, птицы, муравьеды, насекомоядные, рано приматы, и палеотеры.

Причины

Чтобы озеро подверглось лимническому извержению, вода должна быть почти насыщенный с газом. CO2 был основным компонентом в двух наблюдаемых случаях (озеро Ньос и озеро Монун). На озере Киву ученые[ВОЗ? ] обеспокоены концентрацией метан газ тоже. CO2 может происходить из вулканический газ выбрасывается из-под озера или в результате разложения органических материалов. До того, как озеро наполнилось водой, оно ведет себя как неоткрытый газированный напиток (например, безалкогольный напиток ): сотрудничество2 является растворенный в воде. И в озере, и в безалкогольном напитке CO2 растворяется гораздо легче при более высоких давление (Закон Генри ). Вот почему пузыри в банке с газировкой образуются только после того, как банку открыли; когда давление сброшено, CO2 выходит из решение. В случае озер дно находится под гораздо более высоким давлением; чем он глубже, тем выше давление внизу. Поэтому огромное количество CO2 может растворяться в больших глубоких озерах. CO2 также легче растворяется в более холодной воде, например, на дне озера. Небольшой подъем воды температура может привести к выделению большого количества CO2.

Как только озеро насыщается CO2, это очень нестабильно, но для того, чтобы вызвать извержение, нужен спусковой крючок. В случае извержения озера Ниос в 1986 г. оползни были подозреваемыми спусковыми крючками, но извержение вулкана, землетрясение, или даже ветер и ливневые бури являются потенциальными триггерами. Другой возможной причиной лимнического извержения является постепенное газонасыщение на определенных глубинах, которое может вызвать спонтанное газообразование.[5] В любом из этих случаев спусковой механизм толкает часть насыщенной газом воды выше в озере, где давления недостаточно для удержания CO.2 в растворе. По мере образования пузырьков вода в озере поднимается еще выше (плавучесть ), где еще больше CO2 выходит из решения. В результате этого процесса образуется столб газа, и в этот момент вода внизу этого столбца поднимается вверх. всасывание, и он тоже теряет CO2 в безудержном процессе. Это извержение выделяет CO2 в воздух и может вытеснить достаточно воды, чтобы сформировать цунами.

Лимнические высыпания исключительно редки по нескольким причинам. Во-первых, СО2 источник должен существовать (наибольшему риску подвержены регионы с вулканической активностью). Во-вторых, подавляющее большинство озер являются голомиктический (т.е. их слои регулярно перемешиваются), предотвращая скопление растворенных газов. Только меромиктические озера не смешивать и оставаться стратифицированный, позволяя CO2 остаться растворенным. По оценкам, на каждые 1000 голомиктических озер существует только одно меромиктическое озеро.[нужна цитата ]. Наконец, озеро должно быть достаточно глубоким, чтобы иметь давление, достаточное для растворения большого количества CO.2.

Последствия

Корова погибла в результате извержения лимника в 1986 г. Озеро Ниос

Как только происходит извержение, большое количество CO2 Облако формируется над озером и распространяется на окружающую местность. Потому что CO2 является плотнее чем воздух, он имеет тенденцию опускаться на землю, одновременно вытесняя воздух, пригодный для дыхания, в результате чего асфиксия. CO2 может сделать жидкости человеческого тела очень кислыми и потенциально вызывать CO2 отравление. Когда жертвы задыхаются, они фактически ускоряют асфиксию, вдыхая CO.2 газ.

На озере Ниос газовое облако спустилось в соседнюю деревню, где оно обосновалось, убив почти всех; Сообщалось о жертвах на расстоянии 25 км (16 миль).[нужна цитата ] Изменение цвета кожи на некоторых телах привело ученых к предположению, что газовое облако могло содержать растворенную кислоту, такую ​​как хлористый водород, хотя эта гипотеза оспаривается.[6] Многие жертвы были обнаружены с волдырями на коже, предположительно вызванными пролежни, которые, вероятно, были вызваны низким уровнем кислорода в крови у тех, кто задохнулся углекислым газом.[7] Прилегающая растительность практически не пострадала, за исключением тех, которые росли в непосредственной близости от озера. Там растительность была повреждена или уничтожена цунами высотой 24 м (79 футов), вызванным сильным извержением.[8]

Дегазация

Смотрите также: Озеро Ниос § Дегазация

В настоящее время предпринимаются попытки разработать решение для удаления газа из этих озер и предотвращения его скопления, которое может привести к другой катастрофе. Команда под руководством французского ученого Мишель Хальбвакс начал экспериментировать в Озеро Монун и Озеро Ниос в 1990 году с использованием сифоны для контролируемой дегазации воды этих озер.[9] Команда помещает трубу вертикально в озере так, чтобы ее верхний конец был над поверхностью воды. Вода, насыщенная CO2 входит в нижнюю часть трубы и поднимается наверх. Более низкое давление на поверхности позволяет газу выходить из раствора. Только небольшое количество воды должно быть сначала механически прокачано через трубу, чтобы запустить поток. Когда насыщенная вода поднимается, CO2 выходит из раствора и образует пузыри. Естественная плавучесть пузырьков втягивает воду с высокой скоростью вверх по трубе, в результате чего на поверхности образуется фонтан. Дегазирующая вода действует как насос, втягивая больше воды на дно трубы и создавая самоподдерживающийся поток. Это тот же процесс, который приводит к естественному извержению, но в данном случае он определяется размером трубы.

Каждая труба имеет ограниченную перекачивающую способность, и несколько потребуется как для озера Монун, так и для озера Ниос, чтобы дегазировать значительную часть воды глубокого озера и сделать озера безопасными. Воды глубокого озера слегка кислые из-за растворенного CO.2 что вызывает коррозию труб и электроники, что требует постоянного обслуживания. Есть некоторая озабоченность CO2 из труб может оседать на поверхности озера, образуя тонкий слой недоступного для дыхания воздуха и, таким образом, потенциально вызывая проблемы для дикой природы.

В январе 2001 г. франко-камерунская группа установила одну трубу на озере Ньос, а в 2011 г. были установлены еще две трубы при финансовой поддержке Программа Развития ООН.[10][11] В 2003 году на озере Моноун была проложена труба, а в 2006 году - еще две.[10][11] Считается, что этих трех труб достаточно, чтобы предотвратить увеличение CO.2 уровней, удаляя примерно такое же количество газа, которое естественным образом попадает на дно озера.[нужна цитата ] В январе 2003 года был утвержден 18-месячный проект по полной дегазации озера Монун,[12] и с тех пор озеро стало безопасным.[10]

Есть некоторые свидетельства того, что озеро Мичиган в Соединенных Штатах спонтанно деградирует (в разговорной речи используется термин «отрыжка») в гораздо меньших масштабах каждую осень.[13]

Озеро Киву в Восточной Африке - потенциальные опасности

Спутниковый снимок Озеро Киву в 2003 году

Озеро Киву не только примерно в 1700 раз больше, чем Озеро Ниос, но он также расположен в гораздо более густонаселенном районе, на его берегах проживает более двух миллионов человек, а часть в пределах Демократическая Республика Конго это сайт активный вооруженный конфликт и низкая государственная дееспособность правительства ДРК. Озеро Киву не достигло высокого уровня CO.2 насыщенность пока что; если вода станет сильно насыщенной, извержение лимны будет представлять большой риск для жизни людей и животных. Два значительных изменения в физическом состоянии озера Киву привлекли внимание к возможному лимническому извержению: высокая частота метан диссоциация и повышение температуры поверхности.[14] Исследования, посвященные историческим и современным температурам, показывают, что температура поверхности озера Киву увеличивается примерно на 0,12 ° C за десятилетие.[14] Озеро Киву находится в непосредственной близости от потенциальных триггеров: Гора Ньирагонго (действующий вулкан, извергнувшийся в январе 2002 г.), зона активного землетрясения и другие действующие вулканы.[нужна цитата ]

Хотя озеро можно дегазировать аналогично озерам Моноун и Ниос, из-за размеров озера Киву и объема содержащегося в нем газа такая операция будет дорогостоящей и исчисляется миллионами долларов.[нужна цитата ] Схема, начатая в 2010 году, по использованию метана, задержанного в озере, в качестве источника топлива для выработки электроэнергии в Руанда привел к степени CO2 дегазация.[15] Во время процедуры извлечения горючего метана, используемого для заправки береговых электростанций, некоторое количество CO2 удаляется в процессе, известном как очистка катализатора. Пока неясно, будет ли удалено достаточно газа, чтобы устранить опасность лимнического извержения на озере Киву.

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ Вулканические озера и выбросы газа USGS /Обсерватория Cascades Volcano, Ванкувер, Вашингтон.
  2. ^ Sigurdsson, H .; Дивайн, J.D .; Tchua, F.M .; Прессер, Ф.М .; Pringle, M.K.W .; Эванс, W.C. (1987). «Происхождение смертоносного газового выброса из озера Монун, Камерун». Журнал вулканологии и геотермальных исследований. 31 (1–2): 1–16. Bibcode:1987JVGR ... 31 .... 1S. Дои:10.1016/0377-0273(87)90002-3.
  3. ^ Клинг, Джордж В .; Кларк, Майкл А .; Wagner, Glen N .; Комптон, Гарри R .; Хамфри, Алан М .; Дивайн, Джозеф Д .; Эванс, Уильям С .; Локвуд, Джон П .; и другие. (1987). "Газовая катастрофа на озере Ньос в 1986 году в Камеруне, Западная Африка". Наука. 236 (4798): 169–75. Bibcode:1987Наука ... 236..169K. Дои:10.1126 / science.236.4798.169. PMID  17789781. S2CID  40896330.
  4. ^ Венц, Джон (2020). «Опасность, таящаяся в африканском озере». Известный журнал. Дои:10.1146 / knowable-100720-1.
  5. ^ Тасси, Франко (2014). «Обзор структуры, опасностей и методов исследования озер типа Ньос с геохимической точки зрения». Журнал лимнологии. 73 (1). Дои:10.4081 / jlimnol.2014.836 - через хост EBSCO.
  6. ^ Фрит, SJ (1989). «Катастрофа на озере Ниос». BMJ. 299 (6697): 513. Дои:10.1136 / bmj.299.6697.513-а. ЧВК  1837334. PMID  2507040.
  7. ^ Программа BBC Horizon "Убийственные озера"
  8. ^ Гусяков, В. (2014). «Воздействие цунами на африканский континент: исторические случаи и оценка опасности». В Исмаил-Заде, А .; Urrutia Fucugauchi, J .; Кийко, А .; Takeuchi, K .; Заляпин, И. (ред.). Экстремальные природные опасности, риски стихийных бедствий и социальные последствия. Кембридж: Издательство Кембриджского университета. п. 230. ISBN  978-1-107-03386-3.
  9. ^ *Би-би-си в Камеруне дегазировали "озеро-убийцу"
  10. ^ а б c Джонс, Никола (2010). «Битва за смертоносные дегазированные озера продолжается». Природа. 466 (7310): 1033. Дои:10.1038 / 4661033a. PMID  20739980.
  11. ^ а б Наср, Сьюзен (24 марта 2009 г.). «Как на озере Ниос внезапно погибло 1700 человек?». HowStuffWorks.com. Получено 18 апреля 2013.
  12. ^ Никола Джонс (1 февраля 2003 г.). «Озеро потеряет молчаливого убийцу». научный сотрудник. Получено 2009-08-20.
  13. ^ Отто, Лаура (28 апреля 2017 г.). «Когда отрыгивает озеро Мичиган». UWMResearch. Милуоки, Висконсин.
  14. ^ а б Кацев, Сергей (2014). «Недавнее потепление озера Киву». PLOS ONE. 9 (10): e109084. Bibcode:2014PLoSO ... 9j9084K. Дои:10.1371 / journal.pone.0109084. ЧВК  4189960. PMID  25295730.
  15. ^ Райс, Ксан (16 августа 2010 г.). «Руанда использует вулканические газы из глубин озера Киву». Хранитель. Лондон.

внешняя ссылка