Лимническая сыпь
Лимническое извержение , также известное как переворот озера , представляет собой очень редкий тип стихийного бедствия , при котором растворенный углекислый газ (CO 2 ) внезапно вырывается из глубоких вод озера, образуя газовое облако, способное задушить диких животных , домашний скот и людей. Лимническое извержение может также вызвать цунами или сейши. [ нужна ссылка ] поскольку поднимающийся CO 2 вытесняет воду. Ученые полагают, что землетрясения , вулканическая активность и другие взрывные явления могут послужить толчком к лимническим извержениям. Озера, в которых наблюдается такая активность, называются лимнически активными или взрывающимися озерами . Некоторые особенности лимнически активных озер включают:
- CO 2 -насыщенная поступающая вода
- Прохладное дно озера указывает на отсутствие прямого вулканического тепла с водами озера.
- Верхний и нижний термический слой с разной CO 2 насыщенностью
- Близость к районам с вулканической активностью
Расследование катастроф на озерах Монун и Ньос побудило ученых классифицировать лимнические извержения как отдельный тип стихийного бедствия, хотя они могут быть косвенно связаны с извержениями вулканов. [1]
Исторические события
[ редактировать ]
Из-за практически невидимой природы основной причины (газ CO 2 ), лежащей в основе лимнических извержений, трудно определить, в какой степени извержения происходили в прошлом. Римский перешло через окружающие холмы, несмотря на отсутствие дождя и притоков , историк Плутарх сообщает, что в 406 г. до н.э. озеро Альбано впадающих в озеро, что могло бы объяснить повышение уровня воды. [2] Последовавшее наводнение уничтожило поля и виноградники, прежде чем в конечном итоге вылилось в море. Предполагается, что это событие было вызвано вулканическими газами, попавшими в отложения на дне озера и постепенно накапливавшимися, пока внезапно не высвободились, вызвав перелив воды. [3]
В новейшей истории это явление наблюдалось дважды. [4] Первое зарегистрированное лимническое извержение произошло в Камеруне на озере Монун в 1984 году, вызвав удушье и смерть 37 человек, живших поблизости. [5] Второе, более смертоносное извержение произошло на соседнем озере Ньос в 1986 году, выбросив более 80 миллионов кубометров воды. 3 CO 2 , в результате чего погибло около 1700 человек и 3000 голов скота, опять же в результате удушья. [6]
Третье озеро, гораздо более крупное озеро Киву , находится на границе между Демократической Республикой Конго и Руандой и содержит огромное количество растворенного CO 2 . Образцы отложений, взятые из озера, показали, что это событие привело к вымиранию живых существ в озере примерно каждые 1000 лет, а близлежащая растительность была смыта обратно в озеро. Лимнические высыпания можно обнаружить и количественно оценить по шкале концентрации CO2, взяв пробы воздуха в пораженном регионе. [7]
Ископаемые ямы Месселя раннем отложения в Месселе ( Германия ) свидетельствуют о лимническом извержении, произошедшем там в эоцене . Среди жертв прекрасно сохранившиеся насекомые , лягушки , черепахи , крокодилы , птицы , муравьеды , насекомоядные , ранние приматы и палеотерии .
Причины
[ редактировать ]
Чтобы озеро подверглось лимническому извержению, вода должна быть почти насыщена газом. CO 2 был основным компонентом в двух наблюдаемых случаях: на озере Ньос и озере Монун. В случае с озером Киву ученые, в том числе озерный физик Альфред Джонни Вюест, также были обеспокоены концентрацией метана . [8] [9] CO 2 может образоваться из вулканического газа, выбрасываемого из-под озера, или из разложения органического материала.
Прежде чем озеро станет насыщенным, оно ведет себя как неоткрытый газированный безалкогольный напиток : CO 2 растворен . в воде И в озерах, и в безалкогольных напитках CO 2 растворяется гораздо легче при более высоком давлении в соответствии с законом Генри . Когда давление сбрасывается, CO 2 выходит из раствора в виде пузырьков газа, которые поднимаются на поверхность. CO 2 также легче растворяется в более прохладной воде, поэтому очень глубокие озера могут растворять очень большие количества CO 2, поскольку давление увеличивается, а температура с глубиной снижается. Небольшое повышение температуры воды может привести к выделению большого количества CO 2 .
Когда озеро насыщено водой, оно становится очень неустойчивым и источает запах тухлых яиц и пороха, но чтобы вызвать извержение, необходим спусковой крючок. [10] В случае извержения озера Ньос в 1986 году оползни предполагаемыми триггерами были , но потенциальными триггерами могут быть извержение вулкана, землетрясение или даже с ветром и штормы дождем . Лимнические извержения также могут быть вызваны постепенным газонасыщением на определенных глубинах, вызывающим спонтанное газообразование. [11] Независимо от причины, триггер толкает газонасыщенную воду выше в озере, где пониженного давления недостаточно для удержания газа в растворе. Плавучесть . образующихся пузырьков поднимает воду еще выше, выпуская еще больше пузырьков В результате этого процесса образуется столб газа, в этот момент вода внизу поднимается за счет всасывания и тоже теряет CO 2 в неконтролируемом процессе. Это извержение выбрасывает газ в воздух и может вытеснить достаточно воды, чтобы сформировать цунами .
Лимнические высыпания встречаются исключительно редко по нескольким причинам. CO 2 Во-первых, должен существовать источник ; Наибольшему риску подвергаются регионы с вулканической активностью. Во-вторых, подавляющее большинство озер голомиктны ( их слои регулярно перемешиваются), что препятствует накоплению растворенных газов. Только меромиктические озера стратифицированы 2 , что позволяет CO оставаться растворенным. По оценкам, на каждые 1000 голомиктических озер существует только одно меромиктическое озеро. [12] Наконец, озеро должно быть очень глубоким, чтобы в нем была вода под достаточным давлением, способная растворять большое количество CO 2 .
Последствия
[ редактировать ]
большое облако CO2 , Как только происходит извержение, над озером формируется которое распространяется на окружающие регионы. Поскольку CO 2 плотнее к воздуха, он имеет тенденцию опускаться на землю, одновременно вытесняя воздух, пригодный для дыхания, что приводит асфиксии . CO 2 может сделать жидкости организма человека очень кислыми и потенциально вызвать CO 2 отравление . Когда жертвы задыхаются, они фактически ускоряют асфиксию, вдыхая CO 2 .
У озера Ньос газовое облако опустилось на соседнюю деревню, где и обосновалось, убив почти всех; Сообщалось о жертвах на расстоянии 25 км (16 миль). [ нужна ссылка ] Изменение цвета кожи на некоторых телах заставило ученых предположить, что газовое облако могло содержать растворенную кислоту, такую как хлористый водород , хотя эта гипотеза оспаривается. [13] Многие жертвы были обнаружены с волдырями на коже, предположительно вызванными пролежнями , которые, вероятно, были вызваны низким уровнем кислорода в крови у тех, кто задохнулся углекислым газом. [14] Соседняя растительность практически не пострадала, за исключением тех растений, которые растут в непосредственной близости от озера. Там растительность была повреждена или уничтожена цунами высотой 24 м (79 футов), вызванным сильным извержением. [15]
Дегазация
[ редактировать ]В настоящее время предпринимаются усилия по разработке решения по удалению газа из этих озер и предотвращению его накопления, которое может привести к новой катастрофе. Команда под руководством французского ученого Мишеля Хальбвакса начала экспериментировать на озерах Монун и Ньос в 1990 году, используя сифоны для контролируемой дегазации воды этих озер. [16] Команда расположила трубу вертикально в озере так, чтобы ее верхний конец находился над поверхностью воды. Вода, насыщенная CO 2 , поступает в нижнюю часть трубы и поднимается наверх. Более низкое давление на поверхности позволяет газу выйти из раствора. Сначала необходимо механически прокачать через трубу лишь небольшое количество воды, чтобы начался поток. Когда насыщенная вода поднимается, CO 2 выходит из раствора и образует пузырьки. Естественная плавучесть пузырьков поднимает воду вверх по трубе с высокой скоростью, в результате чего на поверхности образуется фонтан. Дегазирующая вода действует как насос, втягивая больше воды в нижнюю часть трубы и создавая самоподдерживающийся поток. Это тот же процесс, который приводит к естественному извержению, но в данном случае он контролируется размером трубы.
Каждая труба имеет ограниченную пропускную способность, и для озера Монун и озера Ньос потребуется несколько труб, чтобы дегазировать значительную часть глубоководной воды озера и сделать озера безопасными. Глубокие воды озера слегка кислые из-за растворенного CO 2 , который вызывает коррозию труб и электроники, что требует постоянного технического обслуживания. Существуют некоторые опасения, что CO 2 из труб может оседать на поверхности озера, образуя тонкий слой непригодного для дыхания воздуха и, таким образом, потенциально создавая проблемы для дикой природы.
В январе 2001 года франко-камерунская группа проложила одну трубу на озере Ньос, а еще две трубы были установлены в 2011 году при финансовой поддержке Программы развития Организации Объединенных Наций . [17] [18] Труба была установлена на озере Монун в 2003 году, а в 2006 году были добавлены еще две. [17] [18] Считается, что этих трех труб достаточно, чтобы предотвратить повышение уровня CO 2 и удалить примерно такое же количество газа, которое естественным образом попадает на дно озера. [ нужна ссылка ] В январе 2003 года был одобрен 18-месячный проект по полной дегазации озера Монун. [19] и с тех пор озеро стало безопасным. [17]
Есть некоторые свидетельства того, что озеро Мичиган в Соединенных Штатах каждую осень самопроизвольно дегазируется, но в гораздо меньших масштабах. [20]
Озеро Киву: риски
[ редактировать ]
Озеро Киву не только примерно в 1700 раз больше озера Ньос , но и расположено в гораздо более густонаселенной местности: вдоль его берегов проживает более двух миллионов человек. Часть территории Демократической Республики Конго является местом активного вооруженного конфликта и низкой государственной дееспособностью правительства ДРК, что препятствует как исследованиям, так и любым последующим действиям по смягчению последствий. Озеро Киву еще не достигло высокого уровня CO2 насыщения ; если бы вода стала сильно насыщенной, лимническое извержение представляло бы большой риск для жизни людей и животных, потенциально убивая миллионы людей. [21]
Два существенных изменения в физическом состоянии озера Киву привлекли внимание к возможному лимническому извержению: высокие темпы диссоциации метана и повышение температуры поверхности. [22] Исследования, изучающие исторические и современные температуры, показывают, что температура поверхности озера Киву увеличивается примерно на 0,12 ° C за десятилетие. [22] Озеро Киву находится в непосредственной близости от потенциальных триггеров: горы Ньирагонго (действующий вулкан, извергавшийся в январе 2002 года и мае 2021 года), зоне активного землетрясения и других действующих вулканах. [23]
Хотя озеро можно дегазировать аналогично озерам Монун и Ньос, из-за размера озера Киву и объема содержащегося в нем газа такая операция будет дорогостоящей и будет стоить миллионы долларов. [ нужна ссылка ] Схема, начатая в 2010 году по использованию метана, захваченного в озере, в качестве источника топлива для производства электроэнергии в Руанде, привела к определенной дегазации CO 2 . [24] Во время процедуры извлечения горючего газа метана, используемого в качестве топлива для береговых электростанций, некоторое количество CO 2 удаляется в процессе, известном как очистка катализатора . Неясно, будет ли удалено достаточно газа, чтобы устранить опасность лимнического извержения на озере Киву.
См. также
[ редактировать ]
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Вулканические озера и выбросы газа. Архивировано 24 декабря 2013 г. в Wayback Machine Геологической службы США / Обсерватория вулканов Каскады. Архивировано 7 января 2007 г. в Wayback Machine , Ванкувер, Вашингтон.
- ^ Плутарх , Жизнь Камилла , Архив интернет-классики ( MIT ), заархивировано из оригинала 18 февраля 2014 г. , получено 4 февраля 2014 г.
- ^ Вудворд, Джейми (7 мая 2009 г.), Физическая география Средиземноморья , Oxford University Press ( Оксфорд ), ISBN 9780191608414 , заархивировано 22 сентября 2023 года , получено 23 октября 2015 года.
- ^ Охба, Такеши и др. «Впадина, содержащая обогащенную CO2 воду, на дне озера Монун, Камерун, и последствия лимнического извержения 1984 года». Границы в науках о Земле , том. 10 мая 2022 г., с. 766791. DOI.org (перекрестная ссылка) , https://doi.org/10.3389/feart.2022.766791.
- ^ Сигурдссон, Х.; Дивайн, Джей Ди; Чуа, FM; Прессер, FM; Прингл, MKW; Эванс, WC (1987). «Происхождение смертельного газового взрыва из озера Монун, Камерун». Журнал вулканологии и геотермальных исследований . 31 (1–2): 1–16. Бибкод : 1987JVGR...31....1S . дои : 10.1016/0377-0273(87)90002-3 .
- ^ Клинг, Джордж В.; Кларк, Майкл А.; Вагнер, Глен Н.; Комптон, Гарри Р.; Хамфри, Алан М.; Дивайн, Джозеф Д.; Эванс, Уильям К.; Локвуд, Джон П.; и др. (1987). «Газовая катастрофа на озере Ньос в Камеруне, Западная Африка, 1986 год» . Наука . 236 (4798): 169–75. Бибкод : 1987Sci...236..169K . дои : 10.1126/science.236.4798.169 . ПМИД 17789781 . S2CID 40896330 . Архивировано из оригинала 5 июня 2022 г. Проверено 3 июля 2019 г.
- ^ Венц, Джон (2020). «Опасность, таящаяся в африканском озере» . Знающий журнал . doi : 10.1146/knowable-100720-1 . S2CID 225118318 .
- ^ Джонс, Никола (23 сентября 2021 г.). «Насколько опасно взрывоопасное озеро Киву в Африке?» . Природа . Архивировано из оригинала 21 марта 2023 года . Проверено 23 января 2023 г.
- ^ Розен, Джонатон В. (16 апреля 2015 г.). «Большая газовая ставка на озере Киву» . Обзор технологий Массачусетского технологического института . Архивировано из оригинала 23 января 2023 года . Проверено 23 января 2023 г.
- ^ «Электростанция, которая могла бы предотвратить катастрофу» . 24 мая 2016 г. Архивировано из оригинала 28 июля 2021 г. . Проверено 28 июля 2021 г.
- ^ 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 .
- ^ Хакала, Ану (2005). Палеоэкологические и палеоклиматические исследования отложений озера Вяхя-Питкуста и наблюдения за меромиксисом (докторская диссертация). Илиопистопаино. Архивировано из оригинала 6 июня 2021 г. Проверено 6 июня 2021 г.
- ^ Фрит, С.Дж. (1989). «Катастрофа на озере Ньос» . БМЖ . 299 (6697): 513. doi : 10.1136/bmj.299.6697.513-a . ПМЦ 1837334 . ПМИД 2507040 .
- ^ «Программа BBC Horizon «Озера-убийцы» » . Архивировано из оригинала 5 февраля 2020 г. Проверено 14 февраля 2007 г.
- ^ Гусяков, В.К. (2014). «Воздействие цунами на африканский континент: исторические случаи и оценка опасности». В Исмаил-Заде, А.; Уррутия Фукугаучи, Дж.; Кийко, А.; Такеучи, К.; Заляпин И. (ред.). Экстремальные природные опасности, риски стихийных бедствий и социальные последствия . Кембридж: Издательство Кембриджского университета. п. 230. ИСБН 978-1-107-03386-3 .
- ^ «Камерунское озеро-убийца BBC дегазировано» . Архивировано из оригинала 21 сентября 2013 г. Проверено 20 сентября 2013 г.
- ^ Перейти обратно: а б с Джонс, Никола (2010). «Битва за дегазацию смертоносных озер продолжается» . Природа . 466 (7310): 1033. дои : 10.1038/4661033a . ПМИД 20739980 .
- ^ Перейти обратно: а б Наср, Сьюзен (24 марта 2009 г.). «Как озеро Ньос внезапно убило 1700 человек?» . HowStuffWorks.com . Архивировано из оригинала 21 сентября 2013 года . Проверено 18 апреля 2013 г.
- ^ Никола Джонс (1 февраля 2003 г.). «Озеро потеряет своего молчаливого убийцу» . новостной учёный . Архивировано из оригинала 17 сентября 2011 г. Проверено 20 августа 2009 г.
- ^ Отто, Лаура (28 апреля 2017 г.). «Когда озеро Мичиган рыгает» . UWMSearch . Милуоки, Висконсин. Архивировано из оригинала 8 ноября 2019 года . Проверено 28 февраля 2020 г. .
- ^ Джонс, Никола. «Насколько опасно взрывоопасное озеро Киву в Африке?» . Природа . Спрингер Натюр Лимитед. Архивировано из оригинала 11 октября 2022 года . Проверено 11 октября 2022 г.
- ^ Перейти обратно: а б Кацев, Сергей (2014). «Недавнее потепление озера Киву» . ПЛОС ОДИН . 9 (10): e109084. Бибкод : 2014PLoSO...9j9084K . дои : 10.1371/journal.pone.0109084 . ПМК 4189960 . ПМИД 25295730 .
- ^ Шмид, Мартин; Титце, Клаус; Хальбвакс, Мишель; Лорке, Андреас; Макгиннис, Дэниел; Вюэст, Альфред (2002). «Вулканический риск. Насколько опасно скопление газа в озере Киву? Аргументы в пользу оценки риска в свете извержения вулкана Ньирагонго в 2002 году» (PDF) . Акта Вулканология . 14 (1–2): 15–122. дои : 10.1400/19084 . Архивировано (PDF) из оригинала 11 октября 2022 г. Проверено 11 октября 2022 г.
- ^ Райс, Ксан (16 августа 2010 г.). «Руанда использует вулканические газы из глубин озера Киву» . Хранитель . Лондон. Архивировано из оригинала 11 июня 2016 года . Проверено 12 декабря 2016 г.
Внешние ссылки
[ редактировать ]
- Страница команды, дегазирующей озеро Ньос
- Тихий убийца Лейка будет обезоружен
- Озеро Ньос (1986)
- Дегазация озера Ньос
- Взлом озер-убийц в Камеруне
- Шмид, Мартин; Лорке, Андреас; Вюэст, Альфред; Хальбвакс, Мишель; Танилеке, Грегори (2003). «Разработка и анализ чувствительности модели оценки стратификации и безопасности озера Ньос при искусственной дегазации» (PDF) . Динамика океана . 53 (3): 288. Бибкод : 2003OcDyn..53..288S . дои : 10.1007/s10236-003-0032-0 . S2CID 129370770 .
- Лорке, Андреас; Титце, Клаус; Хальбвакс, Мишель; Вюэст, Альфред (2004). «Реакция стратификации озера Киву на приток лавы и потепление климата». Лимнология и океанография . 49 (3): 778–83. Бибкод : 2004LimOc..49..778L . CiteSeerX 10.1.1.487.7647 . дои : 10.4319/lo.2004.49.3.0778 . S2CID 140538251 .
- Озеро Монун
- BBC в Камеруне дегазировали «озеро-убийцу»
- Использование науки для решения проблем: озёра-убийцы Камеруна