火山灰形态影响火山活动区的水源污染
基拉韦厄——一个著名的夏威夷火山，喷发出含有高浓度氟的熔岩和玄武灰。
（图片来源：M. Patrick，美国地质勘探局（USGS））
火山喷发的污染物浸入水中的速率，取决于火山灰颗粒物的形状——这项新研究可提高科学家预测火山活动区水质风险的能力。
火山灰包含火山喷发推动的凝固岩浆的微观碎片。火山爆发时，火山灰可传播很远的距离。短期内，火山灰会通过铜，镉和砷等重金属，氟等非金属污染物，污染植被、地表水、土壤和地下水。
这些污染物可进入食物链中生物积蓄这一过程，指的是有机体摄取到无法代谢的污染物时，会将其储存起来。这些污染物沿着食物链上行，越来越集中，从而毒害牲畜和人类。重金属的生物积蓄可能致癌，非金属的生物积蓄如氟可导致骨骼损伤。
美国地球物理联合会（AGU）的杂志《地球健康》（GeoHealth）中，一项新研究发现，灰尘微粒表面积控制着灰尘将污染物浸入水中的速度。微粒气泡或气孔越多，表面积就越大，灰尘浸入水中的速率越快，因为其浸水的表面积越大。
结果表明，微粒结构会影响水质，借此可提高地质学家的预测能力，更好地预测环境对火山爆发可能做出的反应。该研究的作者表明，科学家通过了解火山灰类型怎样影响污染物溶解于水的方式，可预测火山频繁活动区域的水污染带来的健康危害。
左图是来自于图里亚尔巴火山的安山岩灰，孔隙率高，因而表面积较大。右图是来自于基拉韦厄的玄武岩，外观呈光滑球形，因而表面积较小。（图片来源：美国地理协会（AGU））
“前几个小时，浸透速率快，水最容易受到污染，之后浸透率会减弱。然而，长此以往，火山不断爆发，会导致生物积蓄。”论文的主要作者、纽约市环境工程与地质局地质学家Candace Wygel说道。而她在做这项研究时，还是伯利恒理海大学的一名研究生。
测量气泡密集度
先前的火山灰研究假设每一个微粒都是紧凑均匀的球形，没有考虑到某些类型火山灰的多孔性。例如，来自于安山灰（一种有着中粒晶体和中硅成分的火山灰）的微粒，可能含有许多微观的气泡。每一个气泡都会增加火山灰样品的表面积，使样品接触更多的水，溶解更多的污染物。
此外，不同类型的火山灰都其独特的元素与污染物浓度。玄武灰，一种低硅含量的火山灰，比安山灰含有的金属多。然而，安山灰气泡更多，因而其所含的污染物浸出速度越快。科学家们知道化学成分影响火山灰的浸出，但是，Wygel及其同事怀疑微粒结构也会影响火山灰的浸出率。
“我们希望能找出火山灰的形态对其浸入到环境中的影响方式。”Wygel说道。
在新研究中，研究人员分别从夏威夷、哥斯达黎加，阿拉斯加和冰岛的四个火山上采集样本，每一个火山都主要喷发玄武灰或安山灰。研究人员测量了每一个样品的总表面积，计算出火山灰中的气泡，发现样品的表面积大约是用标准几何方法测量的三倍。
他们发现，火山灰微粒表面积越大，其将金属浸出的速率越快。七天后，水侵蚀了这些微粒，使其表面积变小，进而改变其浸出率。研究人员在不同的时间点对表面积进行测量，观察火山灰的浸出率在水风化下的变化情况。
哥斯达黎加图里亚尔巴火山的安山灰浸出率最高，原因在于其气泡密集度高；图里亚尔巴火山的火山灰开始浸出污染物速度最快；夏威夷火山基拉韦厄的安山灰浸出的金属最密集。这些结果表明火山灰的浸出率和化学成分可同时对环境造成影响。
作者：Abigail Eisenstadt
翻译：吕嘉明
审校：赵欢
引进来源：美国地球物理联合会
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