Система многокомпонентного газоанализатора (Multi-GAS) - это приборный комплекс, используемый для измерения вулканических газов с высоким разрешением в реальном времени . [1] Пакет Multi-GAS включает инфракрасный спектрометр для CO 2 , два электрохимических датчика для SO 2 и H 2 S , а также датчики давления-температуры-влажности, все в водонепроницаемом корпусе. [2] [3] Систему можно использовать для индивидуальных съемок или настроить как постоянные станции [1], подключенные к радиопередатчикам для передачи данных из удаленных мест. [4]Комплект инструментов является портативным, а его работа и анализ данных достаточно просты, чтобы их могли проводить неспециалисты. [5]
Инструменты Multi-GAS использовались для измерения вулканических газов на горе Этна , Стромболи , Вулкано, Италия, Вильяррика (вулкан) Чили, вулкан Масая, Никарагуа, гора Ясур , Миякедзима и гора Асама Япония, холмы Суфриер Монтсеррат, с постоянными установками на Этне. и Стромболи. [6]
Разработка этого инструмента помогла ученым в реальном времени отслеживать изменения в составе вулканического газа, что позволило более быстро смягчить опасность и лучше понять вулканические процессы. [7] [1]
Системная механика
Многокомпонентные газоанализаторы используются для измерения основных компонентов вулканических газов. Датчики CO 2 , SO 2 , H 2 S и давление-температура-влажность обычно входят в комплект. [4] Были успешно внедрены и другие электрохимические сенсоры, в том числе для H 2 [8] и HCl . [9] Приборы упакованы в компактные, портативные, устойчивые к атмосферным воздействиям контейнеры, позволяющие проводить на месте измерения различных типов дегазированных территорий. [2] Газ закачивается в систему с постоянной скоростью через силиконовую трубку, расположенную рядом с интересующим местом. [2] Регистратор данных используется для автоматической записи и преобразования значений напряжения с датчиков в значения состава газа. [2] [3] Хотя использование мульти-ГАЗ в полевых условиях просто, постобработка данных может быть сложной. [3] Это происходит из-за таких факторов, как дрейф инструмента, а также атмосферные условия или условия окружающей среды. [3] Система может использоваться для краткосрочных или долгосрочных исследований. Кратковременное использование может включать в себя питание мульти-ГАЗА от литиевой батареи и перемещение его в нужные места [10] [11] или установку мульти-ГАЗА в фиксированном месте на короткий период времени. [7] Долгосрочные исследования предполагают создание постоянного взноса на длительный срок. [12] Эти станции могут быть оснащены радиопередатчиками [4] или спутниками для отправки данных из отдаленных мест. [13]
Мониторинг вулканов
Мониторинг изменений в составе газа позволяет понять изменения, происходящие в связанной вулканической системе. Измерения соотношений CO 2 / SO 2 с использованием нескольких газов в реальном времени могут позволить обнаруживать предэруптивную дегазацию поднимающихся магм , улучшая прогнозирование вулканической активности . [1] По мере того, как магма поднимается под поверхность, растворимость CO 2 уменьшается, и газ легко выделяется, что приводит к увеличению отношения CO 2 / SO 2 . Новое поступление богатой CO 2 магмы в ранее дегазированную систему также вызовет повышение отношения CO 2 / SO 2 , что укажет на изменения в вулканической активности. [1] Во время двухлетнего исследования на горе Этна в спокойных периодах соотношение CO 2 / SO 2 было <1, но во время подготовки к извержению наблюдались высокие значения 25. [1] Магматические или гидротермальные поступления можно отслеживать по временным изменениям соотношений H 2 S / SO 2 , что позволяет лучше понять поведение извержений в будущем. [13] Отношения CO 2 / H 2 S используются для определения характерного состава газа в зоне отбора пробы. [14] Соотношение может быть инструментом для понимания того, как магматический газ мог быть очищен. [14] Другие молярные отношения и виды газа, измеренные с помощью мульти-ГАЗА, могут предоставить информацию для дальнейшего анализа вулканических условий. [3]
Тематические исследования
Станции с несколькими газами используются на многих вулканах по всему миру [6], и благодаря своей простой конструкции они могут использоваться многими группами, такими как ученые, для академических целей или правительственными учреждениями, такими как USGS , которые могут использовать данные для соображения общественной безопасности. [15] В Европе и Азии вулканы , такая как Стромболи [16] и Вулканы , [17] Ясуры , [18] Миякедзимы [19] и гора Асам [20] хорошо контролировались станциями. В Северной и Южной Америки , Вилларрика , [21] Масая , [22] Гора Сент - Хеленс , [15] и Суфриер [23] также наблюдается с инструментами для изменения выпуска вулканического газа.
Гора Этна , Италия
Постоянная установка с несколькими газами была размещена у кратера на вершине горы Этна для сбора измерений H 2 O, CO 2 и SO 2 в реальном времени за двухлетний период. Данные использовались для корреляции увеличения отношения CO 2 / SO 2 с подъемом магмы под зданием и связанными с ним вулканическими извержениями. [1]
Крисувик , Исландия
Мульти-ГАЗ был внедрившийся в Крисювик геотермальной системы для сбора данных в реальное время временного ряда H 2 O, CO 2 , SO 2 и Н 2 отношений С. Молярных были сопоставлены с местными сейсмическими данными; повышенные значения газового фактора следовали за эпизодами повышенной сейсмичности. Активность дегазации увеличивается после движения грунта из-за открытия новых путей (например, трещин ) в коре для потока газа. [4]
Йеллоустон , США
Чтобы помочь понять динамику кальдеры, был использован мульти-ГАЗ для измерения временных изменений вулканических газов в Йеллоустоне. Временные колебания совпадали с колебаниями атмосферы и окружающей среды. Молярные отношения находятся в пределах тенденции бинарного перемешивания. [12]
Ньирагонго , Демократическая Республика Конго
Молярные отношения CO 2 / SO 2 из измерений нескольких газов подтвердили предыдущее наблюдение о том, что увеличение уровней лавового озера коррелирует с увеличением отношения CO 2 / SO 2. [24]
Проект глубинной дегазации углерода (ДЕСЯТИЛЕТИЕ)
Проект DECADE поддержал инициативы по созданию и расширению использования стационарных приборов для непрерывных измерений CO 2 и SO 2 с вулканов . [25] Системы Multi-GAS были установлены на вулканах, таких как Вильяррика, Чили [21] и Турриальба , Коста-Рика. [13]
Смотрите также
- Прогноз вулканической активности
- Инфракрасная спектроскопия с преобразованием Фурье
- Дифференциальная спектроскопия оптического поглощения
- Ультрафиолетовая видимая спектроскопия
Рекомендации
- ^ a b c d e f g Айуппа, Алессандро; Моретти, Роберто; Федерико, Чинция; Джудиче, Гаэтано; Гурриери, Серджио; Люццо, Марко; Папале, Паоло; Шинохара, Хироши; Валенца, Мариано (2007). «Прогноз извержений Этны путем наблюдения за составом вулканического газа в режиме реального времени» . Геология . 35 (12): 1115. Bibcode : 2007Geo .... 35.1115A . DOI : 10.1130 / G24149A.1 .
- ^ а б в г Aiuppa, A .; Federico, C .; Giudice, G .; Гурриери, С. (2005). «Химическое картирование фумарольного поля: кратер Ла-Фосса, остров Вулкано (Эолийские острова, Италия)». Письма о геофизических исследованиях . 32 (13): L13309. Bibcode : 2005GeoRL..3213309A . DOI : 10.1029 / 2005GL023207 .
- ^ а б в г д Тамбурелло, Джанкарло (2015). «Ratiocalc: Программа для обработки данных многокомпонентных газоанализаторов вулканов» . Компьютеры и науки о Земле . 82 : 63–67. DOI : 10.1016 / j.cageo.2015.05.004 . ISSN 0098-3004 .
- ^ а б в г Гудьонсдоттир, Сильвия Ракель; Ильинская, Евгения; Хрейнсдоттир, Сигрун; Бергссон, Бальдур; Пфеффер, Мелисса Энн; Михальчевская, Каролина; Айуппа, Алессандро; Óladóttir, Audur Agla (2020). «Выбросы газа и деформация земной коры из высокотемпературной геотермальной системы Крисувик, Исландия» . Журнал вулканологии и геотермальных исследований . 391 : 106350. Bibcode : 2020JVGR..39106350G . DOI : 10.1016 / j.jvolgeores.2018.04.007 . ISSN 0377-0273 .
- ^ Шинохара, Хироши (2005). «Новый метод оценки состава вулканического газа: измерения шлейфа с помощью портативной мультисенсорной системы». Журнал вулканологии и геотермальных исследований . 143 (4): 319–333. Bibcode : 2005JVGR..143..319S . DOI : 10.1016 / j.jvolgeores.2004.12.004 .
- ^ а б «Мониторинг вулканического газа, глава 6 в области вулканизма и глобального изменения окружающей среды» . Январь 2015 г.
- ^ а б де Моор, JM; Aiuppa, A .; Pacheco, J .; Авард, Г .; Kern, C .; Liuzzo, M .; Мартинес, М .; Giudice, G .; Фишер, Т.П. (2016). «Краткосрочные предвестники вулканического газа фреатических извержений: выводы из вулкана Поас, Коста-Рика» . Письма о Земле и планетах . 442 : 218–227. Bibcode : 2016E & PSL.442..218D . DOI : 10.1016 / j.epsl.2016.02.056 . ISSN 0012-821X .
- ^ Aiuppa, A .; Shinohara, H .; Tamburello, G .; Giudice, G .; Liuzzo, M .; Моретти, Р. (2011). «Водород в газовом шлейфе открытого вулкана, Этна, Италия» . Журнал геофизических исследований: Твердая Земля . 116 (B10): B10204. Bibcode : 2011JGRB..11610204A . DOI : 10.1029 / 2011JB008461 . ISSN 2156-2202 .
- ^ Робертс, Т.Дж.; Lurton, T .; Giudice, G .; Liuzzo, M .; Aiuppa, A .; Coltelli, M .; Vignelles, D .; Салерно, Г .; Couté, B .; Chartier, M .; Барон, Р. (2017). «Валидация нового мультигазового сенсора для вулканической HCl наряду с H2S и SO2 на горе Этна» . Вестник вулканологии . 79 (5): 36. Bibcode : 2017BVol ... 79 ... 36R . DOI : 10.1007 / s00445-017-1114-Z . ISSN 1432-0819 . PMC 6979509 . PMID 32025075 .
- ^ Войтичек, Юлия; Вудс, Эндрю В .; Эдмондс, Мари; Оппенгеймер, Клайв; Айуппа, Алессандро; Перинг, Том Д .; Иланко, Технука; Д'Алео, Роберто; Гараэбити, Эслайн (2020). «Стромболианские извержения и динамика дегазации магмы на вулкане Ясур (Вануату)» . Журнал вулканологии и геотермальных исследований . 398 : 106869. Bibcode : 2020JVGR..39806869W . DOI : 10.1016 / j.jvolgeores.2020.106869 . ISSN 0377-0273 .
- ^ Lages, J .; Chacón, Z .; Burbano, V .; Meza, L .; Arellano, S .; Liuzzo, M .; Giudice, G .; Aiuppa, A .; Bitetto, M .; Лопес, К. (2019). «Выбросы вулканического газа вдоль сегмента колумбийской дуги Северной вулканической зоны (CAS-NVZ): последствия для мониторинга вулканов и изменчивого бюджета Андского вулканического пояса» . Геохимия, геофизика, геосистемы . 20 (11): 5057–5081. Bibcode : 2019GGG .... 20.5057L . DOI : 10.1029 / 2019GC008573 . hdl : 10447/386634 . ISSN 1525-2027 .
- ^ а б Левицки, JL; Келли, П.Дж.; Bergfeld, D .; Vaughan, RG; Ловенштерн, JB (2017). «Мониторинг газовых и тепловых выбросов в бассейне Норрис Гейзер, Йеллоустонский национальный парк, США на основе комбинированной вихревой ковариации и подхода Multi-GAS» . Журнал вулканологии и геотермальных исследований . 347 : 312–326. Bibcode : 2017JVGR..347..312L . DOI : 10.1016 / j.jvolgeores.2017.10.001 . ISSN 0377-0273 .
- ^ а б в Moor, J. Maarten de; Aiuppa, A .; Авард, Г .; Wehrmann, H .; Dunbar, N .; Muller, C .; Tamburello, G .; Giudice, G .; Liuzzo, M .; Moretti, R .; Конде В. (2016). «Беспорядки на вулкане Турриальба (Коста-Рика): процессы дегазации и извержения, полученные в результате высокочастотного мониторинга газов» . Журнал геофизических исследований: Твердая Земля . 121 (8): 5761–5775. Bibcode : 2016JGRB..121.5761D . DOI : 10.1002 / 2016JB013150 . ISSN 2169-9356 . PMC 5054823 . PMID 27774371 .
- ^ а б Наполи, Росселла Ди; Айуппа, Алессандро; Аллард, Патрик (2014). «Первая характеристика вулканического газа Кипящего озера (Доминика, Малые Антильские острова) на основе Multi-GAS» . Летопись геофизики . 56 (5): 0559. DOI : 10,4401 / AG-6277 . ISSN 2037-416X .
- ^ а б «Мониторинг вулканического газа на горе Сент-Хеленс» . www.usgs.gov . Проверено 29 октября 2020 .
- ^ Айуппа, Алессандро; Федерико, Чинция; Джудиче, Гаэтано; Джуффрида, Джованни; Гуида, Роберто; Гурриери, Серджио; Люццо, Марко; Моретти, Роберто; Папале, Паоло (2009). «Извержение вулкана Стромболи в 2007 году: выводы из измерений в реальном времени соотношения CO2 / SO2 в вулканическом газовом шлейфе» . Журнал вулканологии и геотермальных исследований . Извержение Стромболи в 2007 году. 182 (3): 221–230. Bibcode : 2009JVGR..182..221A . DOI : 10.1016 / j.jvolgeores.2008.09.013 . ISSN 0377-0273 .
- ^ Aiuppa, A .; Bagnato, E .; Витт, MLI; Mather, TA; Parello, F .; Пайл, DM; Мартин, RS (2007). «Одновременное обнаружение вулканической Hg и SO2 в реальном времени в кратере Ла-Фосса, Вулкано (Эолийские острова, Сицилия)» . Письма о геофизических исследованиях . 34 (21): L21307. Bibcode : 2007GeoRL..3421307A . DOI : 10.1029 / 2007GL030762 . ISSN 1944-8007 .
- ^ Войтичек, Юлия; Вудс, Эндрю В .; Эдмондс, Мари; Оппенгеймер, Клайв; Айуппа, Алессандро; Перинг, Том Д .; Иланко, Технука; Д'Алео, Роберто; Гараэбити, Эслайн (2020). «Стромболианские извержения и динамика дегазации магмы на вулкане Ясур (Вануату)» . Журнал вулканологии и геотермальных исследований . 398 : 106869. Bibcode : 2020JVGR..39806869W . DOI : 10.1016 / j.jvolgeores.2020.106869 . ISSN 0377-0273 .
- ^ Шинохара, Хироши; Геши, Нобуо; Мацусима, Нобуо; Сайто, Гэндзи; Казахая, Рюноскэ (2017). «Состав вулканического газа изменяется во время постепенного уменьшения гигантской дегазирующей активности вулкана Миякедзима, Япония, 2000-2015 гг.» . Вестник вулканологии . 79 (2): 21. Bibcode : 2017BVol ... 79 ... 21S . DOI : 10.1007 / s00445-017-1105-0 . ISSN 1432-0819 . S2CID 132836899 .
- ^ Шинохара, Хироши; Оминато, Такао; Такео, Минору; Цудзи, Хироши; Казахая, Рюноскэ (2015). «Мониторинг состава вулканического газа на вулкане Асама, Япония, в 2004–2014 гг.» . Журнал вулканологии и геотермальных исследований . 303 : 199–208. Bibcode : 2015JVGR..303..199S . DOI : 10.1016 / j.jvolgeores.2015.07.022 . ISSN 0377-0273 .
- ^ а б Айуппа, Алессандро; Битетто, Марчелло; Франкофонте, Винченцо; Веласкес, Габриэла; Парра, Клаудиа Бекари; Джудиче, Гаэтано; Люццо, Марко; Моретти, Роберто; Муссаллам, Ив; Питерс, Ниал; Тамбурелло, Джанкарло (2017). «Предшественник CO2-газа извержения вулкана Вильяррика в марте 2015 года» . Геохимия, геофизика, геосистемы . 18 (6): 2120–2132. Bibcode : 2017GGG .... 18.2120A . DOI : 10.1002 / 2017GC006892 . ISSN 1525-2027 .
- ^ Витт, MLI; Mather, TA; Пайл, DM; Aiuppa, A .; Bagnato, E .; Цанев В.И. (2008). «Выбросы ртути и галогенов из вулканов Масая и Телика, Никарагуа» . Журнал геофизических исследований: Твердая Земля . 113 (B6): B06203. Bibcode : 2008JGRB..113.6203W . DOI : 10.1029 / 2007JB005401 . ISSN 2156-2202 .
- ^ Кристофер, Томас; Эдмондс, Мари; Хамфрис, Мадлен К.С.; Херд, Ричард А. (2010). «Выбросы вулканического газа из вулкана Суфриер-Хиллс, Монтсеррат, 1995–2009 годы, с последствиями для поступления и дегазации основной магмы» . Письма о геофизических исследованиях . 37 (19): н / д. Bibcode : 2010GeoRL..37.0E04C . DOI : 10.1029 / 2009GL041325 . ISSN 1944-8007 .
- ^ Бобровский, Н .; Джуффрида, Великобритания; Yalire, M .; Lübcke, P .; Arellano, S .; Balagizi, C .; Calabrese, S .; Galle, B .; Тедеско, Д. (2017). «Измерения многокомпонентных выбросов газа из активного лавового озера Ньирагонго, ДР Конго» . Журнал африканских наук о Земле . 134 : 856–865. Bibcode : 2017JAfES.134..856B . DOI : 10.1016 / j.jafrearsci.2016.07.010 . ISSN 1464-343X .
- ^ «Фишер, Т.П. (2013), DEep CArbon DEgassing: The Deep Carbon Observatory DECADE Initiative, Mineralogical Magazine, 77 (5), 1089» .
Внешние ссылки
- Программа геологической службы США по вулканической опасности: методы мониторинга газа и воды