Erupcja limniczna - Limnic eruption

Jezioro Nyos , miejsce erupcji limnicznej w 1986 r.

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
2
wypiera 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

Erupcja limniczna znajduje się w Kamerunie
Jezioro Monoun
Jezioro Monoun
Jezioro Nyos
Jezioro Nyos
Lokalizacje dwóch zarejestrowanych erupcji limnicznych we współczesnej historii, Kamerun
Jezioro Monoun położone w Zachodnim Regionie Kamerunu

Ze względu na w dużej mierze niewidoczny charakter podstawowej przyczyny ( CO
2
gazu) 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
2
był głównym składnikiem w dwóch zaobserwowanych przypadkach (jezioro Nyos i jezioro Monoun). W jeziorze Kivu naukowcy są również zaniepokojeni stężeniem metanu . WSPÓŁ
2
może 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
2
zostaje rozpuszczony w wodzie. Zarówno w jeziorze, jak i napoju bezalkoholowym, CO
2
rozpuszcza 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
2
wychodzi z rozwiązania . W przypadku jezior dno jest pod znacznie wyższym ciśnieniem; im głębiej, tym wyższe ciśnienie na dole. Dlatego ogromne ilości CO
2
można rozpuszczać w dużych, głębokich jeziorach. WSPÓŁ
2
rozpuszcza 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
2
w rozwiązaniu. Gdy zaczynają się tworzyć bąbelki, woda w jeziorze jest podnoszona jeszcze wyżej ( wyporność ), gdzie jeszcze więcej CO
2
wychodzi z rozwiązania. Proces ten tworzy kolumnę gazu, w którym to momencie woda na dnie tej kolumny jest zasysana , a ona również traci CO
2
w 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
2
źródło 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
2
pozostać 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

Bydło zabite przez erupcję limniczną w 1986 roku w jeziorze Nyos

Gdy nastąpi erupcja, duży CO
2
chmura tworzy się nad jeziorem i rozszerza się na otaczający region. Ponieważ CO
2
jest gęstsze od powietrza, ma tendencję do opadania na ziemię, wypierając jednocześnie powietrze do oddychania, powodując uduszenie . WSPÓŁ
2
może sprawić, że ludzkie płyny ustrojowe staną się wysoce kwaśne i potencjalnie będą powodować CO
2
zatrucie
. 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
2
wchodzi 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
2
wychodzi 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
2
co 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
2
poziomów, 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

Zdjęcie satelitarne jeziora Kivu w 2003 r.

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
2
odgazowanie. Podczas procedury wydobycia łatwopalnego metanu wykorzystywanego do zasilania elektrowni na lądzie pewna ilość CO
2
jest 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