Erupcja limniczna - Limnic eruption
Erupcja limniczna , znany również jako jeziora przewróceniem jest rzadkim typem katastrof naturalnych , w której rozpuszczony dwutlenek węgla ( CO
2) nagle wybucha z głębokich wód jeziora, tworząc chmurę gazu zdolną do uduszenia dzikich zwierząt, zwierząt gospodarskich i ludzi. Erupcja limniczna może również spowodować tsunami, ponieważ wzrost CO
2wypiera wodę. Naukowcy uważają , że trzęsienia ziemi , aktywność wulkaniczna i inne wybuchowe zdarzenia mogą służyć jako wyzwalacze erupcji limnicznych. Jeziora, w których występuje taka aktywność, nazywane są jeziorami aktywnymi limnicznie lub jeziorami wybuchowymi . Niektóre cechy jezior aktywnych limnicznie obejmują:
-
WSPÓŁ
2- nasycona woda dopływająca - Chłodne dno jeziora wskazujące na brak bezpośredniej interakcji wulkanicznej z wodami jeziora
- Górna i dolna warstwa termiczna o różnym CO
2 nasycenia - Bliskość obszarów o aktywności wulkanicznej
Badania ofiar w jeziorach Monoun i Lake Nyos doprowadziły naukowców do sklasyfikowania erupcji limnicznych jako odrębnego rodzaju katastrofy, chociaż można je pośrednio powiązać z erupcjami wulkanów.
Zdarzenia historyczne
Ze względu na w dużej mierze niewidoczny charakter podstawowej przyczyny ( CO
2gazu) za erupcjami limnicznymi, trudno jest określić, w jakim stopniu erupcje miały miejsce w przeszłości. W najnowszej historii zjawisko to zaobserwowano dwukrotnie. Pierwszy nagrany erupcja limniczna wystąpił w Kamerunie w Lake jednonienasycone w 1984 roku, powodując uduszenie i śmierć 37 osób mieszkających w pobliżu. Drugi, śmiertelna wybuch się na sąsiedniej Nyos w 1986, ponad 80 milionów uwalniania m 3 o CO
2, zabijając około 1700 osób i 3000 zwierząt gospodarskich, ponownie przez uduszenie.
Trzecie jezioro, znacznie większe jezioro Kivu , leży na granicy Demokratycznej Republiki Konga i Rwandy i zawiera ogromne ilości rozpuszczonego CO
2. Próbki osadów pobrane z jeziora wykazały, że zdarzenie spowodowało wyginięcie żywych stworzeń w jeziorze co 1000 lat i spowodowało, że pobliska roślinność została zmieciona z powrotem do jeziora. Erupcje limniczne można wykryć i określić ilościowo na CO
2 skali stężenia, pobierając próbki powietrza z dotkniętego regionu.
W Messel Pit kopalnych złóż Messel , Niemcy , show dowody erupcja limniczna tam na początku eocenu . Wśród ofiar są doskonale zachowane owady , żaby , żółwie , krokodyle , ptaki , mrówkojady , owadożerne , wczesne naczelne i paleotery .
Powoduje
Aby jezioro uległo erupcji limnicznej, woda musi być prawie nasycona gazem. WSPÓŁ
2był głównym składnikiem w dwóch zaobserwowanych przypadkach (jezioro Nyos i jezioro Monoun). W jeziorze Kivu naukowcy są również zaniepokojeni stężeniem metanu . WSPÓŁ
2może pochodzić z gazu wulkanicznego emitowanego spod jeziora lub z rozkładu materii organicznej. Zanim jezioro zostanie nasycone, zachowuje się jak nieotwarty napój gazowany (np. napój bezalkoholowy ): CO
2zostaje rozpuszczony w wodzie. Zarówno w jeziorze, jak i napoju bezalkoholowym, CO
2rozpuszcza się znacznie łatwiej pod wyższym ciśnieniem ( prawo Henry'ego ). Dlatego bąbelki w puszce z napojem gazowanym tworzą się dopiero po otwarciu puszki; po zwolnieniu ciśnienia CO
2wychodzi z rozwiązania . W przypadku jezior dno jest pod znacznie wyższym ciśnieniem; im głębiej, tym wyższe ciśnienie na dole. Dlatego ogromne ilości CO
2można rozpuszczać w dużych, głębokich jeziorach. WSPÓŁ
2rozpuszcza się również łatwiej w chłodniejszej wodzie, takiej jak ta znajdująca się na dnie jeziora. Niewielki wzrost temperatury wody może doprowadzić do uwolnienia dużej ilości CO
2.
Gdy jezioro zostanie nasycone CO
2, jest bardzo niestabilny i wydziela zapach zgniłych jaj i prochu strzelniczego, ale do wywołania erupcji potrzebny jest spust. W przypadku erupcji nad jeziorem Nyos w 1986 r. podejrzewanymi czynnikami wyzwalającymi były osunięcia ziemi , ale potencjalnymi wyzwalaczami są erupcja wulkanu, trzęsienie ziemi , a nawet burze wiatrowe i deszczowe . Inną możliwą przyczyną erupcji limnicznej jest stopniowe nasycanie się gazem na określonych głębokościach, co może wywołać spontaniczny rozwój gazu. W każdym z tych przypadków spust wypycha część wody nasyconej gazem wyżej w jeziorze, gdzie ciśnienie jest niewystarczające do utrzymania CO
2w rozwiązaniu. Gdy zaczynają się tworzyć bąbelki, woda w jeziorze jest podnoszona jeszcze wyżej ( wyporność ), gdzie jeszcze więcej CO
2wychodzi z rozwiązania. Proces ten tworzy kolumnę gazu, w którym to momencie woda na dnie tej kolumny jest zasysana , a ona również traci CO
2w niekontrolowanym procesie. Ta erupcja uwalnia CO
2 w powietrze i może wyprzeć wystarczającą ilość wody, aby utworzyć tsunami.
Erupcje limniczne są niezwykle rzadkie z kilku powodów. Po pierwsze, CO
2źródło musi istnieć (najbardziej zagrożone są regiony o aktywności wulkanicznej). Po drugie, ogromna większość jezior ma charakter holomiktyczny (tj. ich warstwy mieszają się regularnie), zapobiegając gromadzeniu się rozpuszczonych gazów. Tylko jeziora meromiktyczne nie mieszają się i pozostają rozwarstwione , pozwalając na CO
2pozostać rozpuszczonym. Szacuje się, że na każde 1000 jezior holomiktycznych przypada tylko jedno jezioro meromiktyczne. Wreszcie, jezioro musi być wystarczająco głębokie, aby mieć wystarczające ciśnienie, aby rozpuścić duże ilości CO
2.
Konsekwencje
Gdy nastąpi erupcja, duży CO
2chmura tworzy się nad jeziorem i rozszerza się na otaczający region. Ponieważ CO
2jest gęstsze od powietrza, ma tendencję do opadania na ziemię, wypierając jednocześnie powietrze do oddychania, powodując uduszenie . WSPÓŁ
2może sprawić, że ludzkie płyny ustrojowe staną się wysoce kwaśne i potencjalnie będą powodować CO
2zatrucie . Gdy ofiary łapią powietrze, w rzeczywistości przyspieszają asfiksję, wdychając CO
2.
Nad jeziorem Nyos chmura gazu opadła do pobliskiej wioski, gdzie osiadła, zabijając prawie wszystkich; ofiary w miarę 25 km (16 mil) zostały zgłoszone. Zmiana koloru skóry na niektórych ciałach doprowadziła naukowców do hipotezy, że chmura gazu mogła zawierać rozpuszczony kwas, taki jak chlorowodór , chociaż ta hipoteza jest kwestionowana. Wiele ofiar znaleziono z pęcherzami na skórze, prawdopodobnie spowodowanymi odleżynami , które prawdopodobnie były spowodowane niskim poziomem tlenu we krwi u osób uduszonych dwutlenkiem węgla. Pobliska roślinność była w dużej mierze nienaruszona, z wyjątkiem uprawy bezpośrednio przylegającej do jeziora. Tam roślinność została uszkodzona lub zniszczona przez tsunami o wysokości 24 m (79 stóp) spowodowane gwałtowną erupcją.
Odgazowywanie
Podejmowane są starania mające na celu opracowanie rozwiązania umożliwiającego usuwanie gazu z tych jezior i zapobieganie gromadzeniu się, które mogłoby doprowadzić do kolejnej katastrofy. Zespół kierowany przez francuskiego naukowca Michela Halbwachsa rozpoczął eksperymenty w jeziorach Monoun i Nyos w 1990 roku, używając syfonów do kontrolowanego odgazowywania wód tych jezior. Zespół umieszcza rurę pionowo w jeziorze, której górny koniec znajduje się nad powierzchnią wody. Woda nasycona CO
2wchodzi na dno rury i unosi się do góry. Niższe ciśnienie na powierzchni umożliwia wydostanie się gazu z roztworu. Tylko niewielka ilość wody musi być początkowo przepompowana mechanicznie przez rurę, aby uruchomić przepływ. Wraz ze wzrostem wody nasyconej CO
2wychodzi z roztworu i tworzy bąbelki. Naturalna wyporność bąbelków wciąga wodę w górę rury z dużą prędkością, tworząc fontannę na powierzchni. Woda odgazowująca działa jak pompa, wciągając więcej wody do dna rury i tworząc samowystarczalny przepływ. Jest to ten sam proces, który prowadzi do naturalnej erupcji, ale w tym przypadku jest kontrolowany przez rozmiar rury.
Każda rura ma ograniczoną wydajność pompowania, a do odgazowania znacznej części wody głębinowej i zapewnienia bezpieczeństwa w jeziorach zarówno jezioro Monoun, jak i jezioro Nyos wymagałoby kilku. Wody głębokiego jeziora są lekko kwaśne z powodu rozpuszczonego CO
2co powoduje korozję rur i elektroniki, wymuszając ciągłą konserwację. Istnieje obawa, że CO
2 z rur może osadzać się na powierzchni jeziora, tworząc cienką warstwę powietrza, z którego nie można oddychać, a tym samym potencjalnie powodując problemy dla dzikich zwierząt.
W styczniu 2001 r. francusko-kameruński zespół zainstalował jedną rurę na jeziorze Nyos, a dwie kolejne rury zainstalowano w 2011 r. dzięki wsparciu finansowemu Programu Narodów Zjednoczonych ds. Rozwoju . W 2003 r. nad jeziorem Monoun zainstalowano rurę, a w 2006 r. dodano dwie kolejne. Uważa się, że te trzy rury są wystarczające, aby zapobiec wzrostowi CO
2poziomów, usuwając w przybliżeniu taką samą ilość gazu, jaka naturalnie dostaje się do dna jeziora. W styczniu 2003 r. zatwierdzono 18-miesięczny projekt całkowitego odgazowania jeziora Monoun i od tego czasu jezioro stało się bezpieczne.
Istnieją pewne dowody na to, że jezioro Michigan w Stanach Zjednoczonych spontanicznie odgazowuje (potocznie używany termin to „beka”) na znacznie mniejszą skalę każdej jesieni.
Jezioro Kivu w Afryce Wschodniej – potencjalne zagrożenia
Jezioro Kivu jest nie tylko około 1700 razy większe niż jezioro Nyos , ale znajduje się również na znacznie gęściej zaludnionym obszarze, z ponad dwoma milionami ludzi mieszkającymi wzdłuż jego brzegów, a część w Demokratycznej Republice Konga jest miejscem aktywności konflikt zbrojny i niski potencjał państwa dla rządu DRK. Jezioro Kivu nie osiągnęło wysokiego poziomu CO
2 jeszcze nasycenie ; gdyby woda była mocno nasycona, erupcja limniczna stanowiłaby wielkie zagrożenie dla życia ludzi i zwierząt. Dwie znaczące zmiany w stanie fizycznym jeziora Kivu zwróciły uwagę na możliwą erupcję limniczną: wysokie tempo dysocjacji metanu i wzrost temperatury powierzchni. Badania nad historycznymi i współczesnymi temperaturami pokazują, że temperatura powierzchni jeziora Kivu wzrasta o około 0,12 °C na dekadę. Jezioro Kivu znajduje się w bliskiej odległości od potencjalnych wyzwalaczy: góry Nyiragongo (aktywny wulkan, który wybuchł w styczniu 2002 i maju 2021), aktywnej strefy trzęsień ziemi i innych aktywnych wulkanów.
Chociaż jezioro można odgazować w sposób podobny do jeziora Monoun i jeziora Nyos, ze względu na wielkość jeziora Kivu i objętość zawartego w nim gazu, taka operacja byłaby kosztowna, sięgając milionów dolarów. Rozpoczęty w 2010 r. program wykorzystania metanu uwięzionego w jeziorze jako źródła paliwa do wytwarzania energii elektrycznej w Rwandzie doprowadził do pewnego stopnia emisji CO
2odgazowanie. Podczas procedury wydobycia łatwopalnego metanu wykorzystywanego do zasilania elektrowni na lądzie pewna ilość CO
2jest usuwany w procesie znanym jako płukanie katalizatora . Nie jest jasne, czy zostanie usunięta wystarczająca ilość gazu, aby wyeliminować niebezpieczeństwo erupcji limnicznej na jeziorze Kivu.
Zobacz też
Bibliografia
Zewnętrzne linki
- Strona zespołu odgazowującego jezioro Nyos
- Cichy zabójca Lake ma zostać rozbrojony
- Jezioro Nyos (1986)
- Odgazowanie jeziora Nyos
- Przełamywanie zabójczych jezior Kamerunu
- Schmida, Martina; Lorke'a, Andreasa; Wüest, Alfred; Halbwachs, Michel; Tanyileke, Grzegorz (2003). „Opracowanie i analiza wrażliwości modelu do oceny stratyfikacji i bezpieczeństwa jeziora Nyos podczas sztucznego odgazowania” (PDF) . Dynamika oceanu . 53 (3): 288. Kod Bib : 2003OcDyn..53..288S . doi : 10.1007/s10236-003-0032-0 . S2CID 129370770 .
- Lorke'a, Andreasa; Tietze, Klaus; Halbwachs, Michel; Wüest, Alfred (2004). „Odpowiedź stratyfikacji jeziora Kivu na dopływ lawy i ocieplenie klimatu”. Limnologia i oceanografia . 49 (3): 778–83. Kod Bib : 2004LimOc..49..778L . CiteSeerX 10.1.1.487.7647 . doi : 10.4319/lo.2004.49.3.0778 .
- Jezioro Monoun
- BBC Kamerun „zabójcze jezioro” odgazowane
- Wykorzystanie nauki do rozwiązywania problemów: zabójcze jeziora Kamerunu