Многокомпонентная система газоанализатора
Многокомпонентная система газоанализатора (Multi-GAS) представляет собой комплект приборов, используемый для измерения вулканических газов с высоким разрешением в режиме реального времени . [1] В комплект Multi-GAS входят инфракрасный спектрометр CO и 2 , два электрохимических датчика SO 2 и H 2 S датчики давления, температуры и влажности, все в защищенном от атмосферных воздействий боксе. [2] [3] Систему можно использовать для индивидуальных исследований или установить в качестве стационарных станций. [1] подключены к радиопередатчикам для передачи данных из удаленных мест. [4] Пакет приборов портативен, а его работа и анализ данных достаточно просты, чтобы их мог выполнять неспециалист. [5]
Приборы 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 отслеживать изменения в составе вулканического газа в режиме реального времени, что позволило более быстро снизить опасность и улучшить понимание вулканических процессов. [7] [1]
Системная механика
[ редактировать ]
Многокомпонентные газоанализаторы используются для измерения основных компонентов вулканических газов. Датчики CO 2 , SO 2 , H 2 S и давления-температуры-влажности обычно входят в комплект поставки. [4] Другие электрохимические датчики также были успешно внедрены, в том числе для H 2 [8] и HCl . [9] Приборы упакованы в компактные, портативные, устойчивые к атмосферным воздействиям контейнеры, позволяющие проводить измерения на месте на различных типах территорий с дегазацией. [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 от датчиков в значения состава газа. [2] [3] Хотя использование мульти-GAS в полевых условиях просто, постобработка данных может быть сложной. [3] Это происходит из-за таких факторов, как дрейф приборов, а также атмосферные условия или условия окружающей среды. [3] Система может использоваться для краткосрочных или долгосрочных исследований. Кратковременное использование может включать в себя питание Multi-GAS от литиевой батареи и перемещение его в нужные места. [10] [11] или установить мульти-ГАЗ в фиксированном месте на короткий период времени. [7] Долгосрочные исследования предполагают создание постоянного взноса на длительный срок. [12] Эти станции могут быть настроены на наземную связь (например, 3G). [4] ) или спутник [13] [14] радиопередатчики для отправки данных из отдаленных мест. [15]
Мониторинг вулканов
[ редактировать ]
Мониторинг изменений газового состава позволяет понять изменения, происходящие в соответствующей вулканической системе. в режиме реального времени с использованием нескольких газов Измерения соотношения CO 2 /SO 2 могут позволить обнаружить дегазацию поднимающейся магмы перед извержением , что улучшает прогнозирование вулканической активности . [1] По мере подъема магмы под поверхность растворимость CO 2 снижается и газ легко растворяется, что приводит к увеличению соотношения CO 2 /SO 2 . Новое поступление богатой CO 2 магмы в ранее дегазированную систему также приведет CO 2 /SO 2 , что указывает на изменения в вулканической активности. к увеличению соотношения [1] В ходе двухлетнего исследования на горе Этна в периоды покоя соотношение CO 2 /SO 2 было <1, но в преддверии извержения наблюдались значения, достигающие 25. [1] Магматическое или гидротермальное воздействие можно отслеживать по временным изменениям в отношениях H 2 S/SO 2 , что способствует пониманию будущего поведения извержений. [15] Соотношения CO 2 /H 2 S используются для определения характерного газового состава области отбора проб. [16] Это соотношение может быть инструментом для понимания того, как мог быть очищен магматический газ. [16] Другие мольные соотношения и виды газа, измеренные с помощью мульти-ГАЗА, могут предоставить информацию для дальнейшего анализа вулканических условий. [3]
Тематические исследования
[ редактировать ]Мультигазовые станции использовались на многих вулканах по всему миру. [6] а благодаря простоте конструкции его могут использовать многие группы, например ученые, в академических целях или правительственные учреждения, такие как Геологическая служба США , которые могут использовать данные в целях общественной безопасности. [17] В Европе и Азии такие вулканы, как Стромболи. [18] и Вулкано , [19] гора Ясур , [10] Миякедзима [20] и гора Асама [21] хорошо контролируются станциями. В Америке , Вильяррика , [22] Вулкан Масая , [23] Гора Сент-Хеленс , [17] и Суфриер-Хиллз [24] также наблюдаются с помощью приборов для определения изменений выхода вулканического газа.
Гора Этна , Италия
[ редактировать ]Постоянная установка с несколькими ГАЗами была размещена возле кратера на вершине горы Этна для сбора измерений H 2 O, CO 2 и SO 2 в реальном времени в течение двухлетнего периода. Данные использовались для корреляции увеличения соотношения CO 2 /SO 2 с подъемом магмы под постройкой и связанными с ней извержениями вулканов. [1]
Крисувик , Исландия
[ редактировать ]Мульти-ГАЗ был установлен в Крисувик геотермальной системе S в режиме реального времени. для сбора данных временных рядов H 2 O, CO 2 , SO 2 и H 2 Мольные соотношения сравнивались с местными сейсмическими данными; увеличение значений газового фактора последовало за эпизодами повышенной сейсмичности. Активность дегазации увеличивается после движения грунта из-за открытия новых путей (например, трещин ) в земной коре для потока газа. [4]
Йеллоустоун , США
[ редактировать ]Чтобы помочь понять динамику кальдеры , был использован мульти-газ для измерения временных изменений вулканических газов в Йеллоустоне. Временные вариации совпадали с колебаниями атмосферы и окружающей среды. Молярные соотношения находились в пределах тенденции бинарного смешивания. [12]
Ньирагонго , Демократическая Республика Конго
[ редактировать ]Молярное соотношение CO 2 /SO 2 по результатам измерений с использованием нескольких газов подтвердило предыдущее наблюдение о том, что повышение уровня лавового озера коррелирует с увеличением соотношения CO 2 /SO 2 . [25]
Проект глубокой дегазации углерода под землей (ДЕСЯТИЛЕТИЕ)
[ редактировать ]Проект DECADE поддержал инициативы по созданию и расширению использования постоянного оборудования для непрерывного CO 2 и SO 2 измерения на вулканах . [26] Системы Multi-GAS были установлены на таких вулканах, как Вильяррика, Чили. [22] и Турриальба , Коста-Рика. [15]
См. также
[ редактировать ]- Прогноз вулканической активности
- Инфракрасная спектроскопия с преобразованием Фурье
- Дифференциальная оптическая абсорбционная спектроскопия
- Ультрафиолетово-видимая спектроскопия
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Перейти обратно: а б с д и ж г Аюппа, Алессандро; Моретти, Роберто; Федерико, Чинция; Судья Гаэтано; Гурриери, Серджио; Люуццо, Марко; Папале, Паоло; Синохара, Хироши; Валенца, Мариано (2007). «Прогнозирование извержений Этны путем наблюдения за составом вулканического газа в реальном времени» . Геология . 35 (12): 1115. Бибкод : 2007Geo....35.1115A . дои : 10.1130/G24149A.1 .
- ^ Перейти обратно: а б с д Аюппа, А.; Федерико, К.; Джудиче, Г.; Гурриери, С. (2005). «Химическое картирование фумарольного поля: кратер Ла Фосса, остров Вулкано (Липарские острова, Италия)» . Письма о геофизических исследованиях . 32 (13): L13309. Бибкод : 2005GeoRL..3213309A . дои : 10.1029/2005GL023207 .
- ^ Перейти обратно: а б с д и Тамбурелло, Джанкарло (2015). «Ratiocalc: Программное обеспечение для обработки данных многокомпонентных вулканических газоанализаторов» . Компьютеры и геонауки . 82 : 63–67. дои : 10.1016/j.cageo.2015.05.004 . hdl : 10447/162310 . ISSN 0098-3004 .
- ^ Перейти обратно: а б с д Гудьонсдоттир, Сильвия Ракель; Ильинская, Евгения; Хрейнсдоттир, Сигрун; Бергссон, Бальдур; Пфеффер, Мелисса Энн; Михальчевска, Каролина; Аюппа, Алессандро; Оладоттир, Аудур Агла (2020). «Выбросы газа и деформация земной коры из высокотемпературной геотермальной системы Крисувик, Исландия» . Журнал вулканологии и геотермальных исследований . 391 : 106350. Бибкод : 2020JVGR..39106350G . doi : 10.1016/j.jvolgeores.2018.04.007 . hdl : 10447/347068 . ISSN 0377-0273 . S2CID 135167976 .
- ^ 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. Бибкод : 2005JVGR..143..319S . doi : 10.1016/j.jvolgeores.2004.12.004 .
- ^ Перейти обратно: а б Аюппа, Алессандро (январь 2015 г.). «Вулкано-газовый мониторинг». В Шмидте, Аня; Фристад, Кирстен Э; Элкинс-Тантон, Линда Т. (ред.). Мониторинг вулканического газа, Глава 6 «Вулканизм и глобальные изменения окружающей среды» . Издательство Кембриджского университета. стр. 81–96. дои : 10.1017/CBO9781107415683.009 . ISBN 9781107058378 .
- ^ Перейти обратно: а б де Мур, Дж. М.; Аюппа, А.; Пачеко, Дж.; Авард, Г.; Керн, К.; Люццо, М.; Мартинес, М.; Джудиче, Г.; Фишер, ТП (2016). «Краткопериодные вулканические газы-предвестники фреатических извержений: данные вулкана Поас, Коста-Рика» . Письма о Земле и планетологии . 442 : 218–227. Бибкод : 2016E&PSL.442..218D . дои : 10.1016/j.epsl.2016.02.056 . hdl : 10447/227127 . ISSN 0012-821X .
- ^ Аюппа, А.; Синохара, Х.; Тамбурелло, Дж.; Джудиче, Г.; Люццо, М.; Моретти, Р. (2011). «Водород в газовом шлейфе открытого вулкана Этна, Италия» . Журнал геофизических исследований: Solid Earth . 116 (Б10): В10204. Бибкод : 2011JGRB..11610204A . дои : 10.1029/2011JB008461 . hdl : 10447/104567 . ISSN 2156-2202 .
- ^ Робертс, Ти Джей; Луртон, Т.; Джудиче, Г.; Люццо, М.; Аюппа, А.; Колтелли, М.; Винель, Д.; Салерно, Г.; Куте, Б.; Шартье, М.; Барон, Р. (2017). «Валидация нового многогазового датчика для вулканического HCl наряду с H2S и SO2 на горе Этна» . Бюллетень вулканологии . 79 (5): 36. Бибкод : 2017БТом...79...36Р . дои : 10.1007/s00445-017-1114-z . ISSN 1432-0819 . ПМК 6979509 . ПМИД 32025075 .
- ^ Перейти обратно: а б Войтичек, Юлия; Вудс, Эндрю В.; Эдмондс, Мари; Оппенгеймер, Клайв; Аюппа, Алессандро; Перинг, Том Д.; Иланко, Технука; Д'Алео, Роберто; Гаребити, Эслин (2020). «Стромболианские извержения и динамика дегазации магмы вулкана Ясур (Вануату)» . Журнал вулканологии и геотермальных исследований . 398 : 106869. Бибкод : 2020JVGR..39806869W . doi : 10.1016/j.jvolgeores.2020.106869 . hdl : 10447/498832 . ISSN 0377-0273 . S2CID 219009925 .
- ^ Лагес, Дж.; Чакон, З.; Бурбано, В.; Меза, Л.; Арельяно, С.; Люццо, М.; Джудиче, Г.; Аюппа, А.; Битетто, М.; Лопес, К. (2019). «Выбросы вулканического газа вдоль сегмента Колумбийской дуги Северной вулканической зоны (CAS-NVZ): последствия для мониторинга вулканов и нестабильного бюджета Андского вулканического пояса» . Геохимия, геофизика, геосистемы . 20 (11): 5057–5081. Бибкод : 2019GGG....20.5057L . дои : 10.1029/2019GC008573 . hdl : 10447/386634 . ISSN 1525-2027 . S2CID 210304262 .
- ^ Перейти обратно: а б Левицки, Дж.Л.; Келли, ПиДжей; Бергфельд, Д.; Воган, Р.Г.; Ловенстерн, Дж. Б. (2017). «Мониторинг выбросов газа и тепла в бассейне гейзера Норрис, Йеллоустонский национальный парк, США, на основе комбинированного подхода вихревой ковариации и подхода Multi-GAS» . Журнал вулканологии и геотермальных исследований . 347 : 312–326. Бибкод : 2017JVGR..347..312L . doi : 10.1016/j.jvolgeores.2017.10.001 . ISSN 0377-0273 .
- ^ Бриннамс. «Постоянная станция многокомпонентного газоанализатора (Мульти-ГАЗ)» . Викисклад . Проверено 18 октября 2023 г.
- ^ Мадония, Паоло (24 ноября 2020 г.). «Вариации низкотемпературных фумарол как инструмент обнаружения изменений состояния вулканической активности: краткий обзор» . Достижения в области наук о Земле . 52 : 99–100. дои : 10.5194/adgeo-52-97-2020 . Проверено 9 ноября 2023 г.
- ^ Перейти обратно: а б с Мур, Дж. Мартен де; Аюппа, А.; Авард, Г.; Верманн, Х.; Данбар, Н.; Мюллер, К.; Тамбурелло, Дж.; Джудиче, Г.; Люццо, М.; Моретти, Р.; Конде, В. (2016). «Потрясения на вулкане Турриальба (Коста-Рика): процессы дегазации и извержения, выявленные на основе высокочастотного газового мониторинга» . Журнал геофизических исследований: Solid Earth . 121 (8): 5761–5775. Бибкод : 2016JGRB..121.5761D . дои : 10.1002/2016JB013150 . ISSN 2169-9356 . ПМК 5054823 . ПМИД 27774371 .
- ^ Перейти обратно: а б Наполи, Росселла Ди; Аюппа, Алессандро; Аллард, Патрик (2014). «Первая характеристика вулканического газа Кипящего озера на основе Multi-GAS (Доминика, Малые Антильские острова)» . Анналы геофизики . 56 (5): 0559. doi : 10.4401/ag-6277 . hdl : 10447/87765 . ISSN 2037-416X .
- ^ Перейти обратно: а б «Мониторинг вулканического газа на горе Сент-Хеленс» . www.usgs.gov . Проверено 29 октября 2020 г.
- ^ Аюппа, Алессандро; Федерико, Чинция; Судья Гаэтано; Джуффрида, Джованни; Гид Роберто; Гурриери, Серджио; Люуццо, Марко; Моретти, Роберто; Папале, Паоло (2009). «Извержение вулкана Стромболи в 2007 году: результаты измерения соотношения CO2/SO2 в шлейфе вулканического газа в реальном времени» . Журнал вулканологии и геотермальных исследований . Извержение Стромболи в 2007 году. 182 (3): 221–230. Бибкод : 2009JVGR..182..221A . doi : 10.1016/j.jvoltoores.2008.09.013 . ISSN 0377-0273 .
- ^ Аюппа, А.; Баньято, Э.; Витт, MLI; Мэзер, штат Калифорния; Парелло, Ф.; Пайл, DM; Мартин, РС (2007). «Одновременное обнаружение вулканической ртути и SO2 в кратере Ла Фосса, Вулкано (Липарские острова, Сицилия)» . Письма о геофизических исследованиях . 34 (21): L21307. Бибкод : 2007GeoRL..3421307A . дои : 10.1029/2007GL030762 . ISSN 1944-8007 .
- ^ Синохара, Хироши; Геши, Нобуо; Мацусима, Нобуо; Сайто, Гэндзи; Казахая, Рюносукэ (2017). «Изменение состава вулканического газа во время постепенного снижения гигантской дегазационной активности вулкана Миякедзима, Япония, 2000-2015 гг.» . Бюллетень вулканологии . 79 (2): 21. Бибкод : 2017БТом...79...21С . дои : 10.1007/s00445-017-1105-0 . ISSN 1432-0819 . S2CID 132836899 .
- ^ Синохара, Хироши; Оминато, Такао; Такео, Минору; Цудзи, Хироши; Казахая, Рюносукэ (2015). «Мониторинг состава вулканического газа вулкана Асама, Япония, в 2004–2014 гг.» . Журнал вулканологии и геотермальных исследований . 303 : 199–208. Бибкод : 2015JVGR..303..199S . doi : 10.1016/j.jvolgeores.2015.07.022 . ISSN 0377-0273 .
- ^ Перейти обратно: а б Аюппа, Алессандро; Битетто, Марчелло; Франкофонте, Винченцо; Веласкес, Габриэла; Парра, Клаудия Букари; Судья Гаэтано; Люуццо, Марко; Моретти, Роберто; Муссаллам, Ив; Питерс, Ниал; Тамбурелло, Джанкарло (2017). «Газ CO2, предшественник извержения вулкана Вильяррика в марте 2015 года» . Геохимия, геофизика, геосистемы . 18 (6): 2120–2132. Бибкод : 2017GGG....18.2120A . дои : 10.1002/2017GC006892 . ISSN 1525-2027 . S2CID 133688817 .
- ^ Витт, MLI; Мэзер, штат Калифорния; Пайл, DM; Аюппа, А.; Баньято, Э.; Цанев, В.И. (2008). «Выбросы ртути и галогенов из вулканов Масая и Телика, Никарагуа» . Журнал геофизических исследований: Solid Earth . 113 (Б6): B06203. Бибкод : 2008JGRB..113.6203W . дои : 10.1029/2007JB005401 . ISSN 2156-2202 .
- ^ Кристофер, Томас; Эдмондс, Мари; Хамфрис, Мадлен CS; Херд, Ричард А. (2010). «Выбросы вулканического газа из вулкана Суфриер-Хиллз, Монтсеррат, 1995–2009 годы, с последствиями для поставок основной магмы и дегазации» . Письма о геофизических исследованиях . 37 (19): н/д. Бибкод : 2010GeoRL..37.0E04C . дои : 10.1029/2009GL041325 . ISSN 1944-8007 .
- ^ Бобровский, Н.; Джуффрида, Великобритания; Ялире, М.; Любке, П.; Арельяно, С.; Путеводители, К.; Калабрезе, С.; Галле, Б.; Тедеско, Д. (2017). «Измерения многокомпонентных газовых выбросов активного лавового озера Ньирагонго, ДР Конго» . Журнал африканских наук о Земле . 134 : 856–865. Бибкод : 2017JAfES.134..856B . doi : 10.1016/j.jafrearsci.2016.07.010 . ISSN 1464-343X .
- ^ «Фишер, Т.П. (2013), ГЛУБИННАЯ ДЕГАЗАЦИЯ УГЛЕРОДА: Инициатива ДЕСЯТИЛЕТИЯ Глубокой углеродной обсерватории, Минералогический журнал, 77 (5), 1089» .