Vulkan Eyjafjallajökull je začel bruhati vulkanski pepel v sredo, 14. aprila 2010. Zaradi velike količine izbruhanega vulkanskega prahu, vetrovnih in splošnih vremenskih razmer je vulkanski prah v prvih dneh po izbruhu prekril večji del severne in osrednje Evrope. Kot posledica izbruha je prvih nekaj dni po izbruhu praktično obstal letalski promet nad Evropo.

---

Avtorja: Tanja Bolte in Andrej Hrabar
čŒlanek je bil objavljen v Biltenu Naše okolje, ki ga izdaja Agencija RS za okolje, aprila 2010, letnik XVII, številka 4, str. 72-76
Vir: http://www.arso.gov.si/

---

V prvih 72 urah po izbruhu je na podlagi opravljenih analiz islandskega Inštituta za geološke znanosti (http://www.earthice.hi.is/) volumen izbruhanega materiala dosegal v poprečju med 4–500 m³/s z maksimalnimi količinami okoli 1000 m³/s. Vulkanski pepel je dosegal višino do 11 km, glede na vetrovne razmere ga je kasneje raznašalo proti osrednji Evropi.

Nad Atlantikom je prevladovalo območje visokega zračnega pritiska, ki je deloma segalo tudi nad Britansko otočje. Območje se je počasi pomikalo proti osrednji Franciji. V višinah med 5 km in 10 km je nad Islandijo prevladoval severozahodni veter, ki je pepel nosil proti jugovzhodu. Glavnina vulkanskega pepela se je preko Severnega morja pomikala proti Danski in Nizozemski. Pepel je nadaljeval pot proti Nemčiji, čŒeški, Poljski, Slovaški, Avstriji, Madžarski in v noči na soboto 17. aprila dosegel tudi zračni prostor nad Slovenijo.

Vulkanski prah, ki se je zadrževal v ozračju nad Slovenijo, je predstavljal potencialno nevarnost predvsem za  varno odvijanje zračnega prometa. Zaradi svojih fizikalnih in kemičnih lastnosti lahko vpliva na delovanje letalskih motorjev, vitalnih merilnih inštrumentov na letalih in tako dalje.

Služba letalske meteorologije znotraj Urada za meteorologijo je v skladu s sprejetimi mednarodnimi letalskimi standardi in priporočili redno spremljala trenutno in predvideno gibanje vulkanskega prahu ter obveščala ustrezne službe nadzora zračnega prometa, izvajalce letalskih operacij in regulatorja na državnem nivoju.

Nad območjem visokega zračnega pritiska se padavine niso pojavljale, tako da ni bilo možnosti za izpiranje vulkanskega pepela iz ozračja. Depozicija vulkanskega pepela je bila samo posledica lastne teže in trenja ob tla, kar pa ne zadošča za hitro izločanje pepela iz ozračja.

V noči iz sobote 17. aprila na nedeljo 18. aprila je nad severno Italijo nastal plitek ciklon. Posledica so bile padavine, ki so se v nedeljo iz severne Italije premikale tudi preko zahodne Slovenije v osrednji del ter naprej proti vzhodu. Padavinski oblaki so dosegali višine okoli 5 km. Tako je do teh višin izpralo vulkanski pepel, ki pa se je zadrževal tudi na večjih višinah. Po prehodu ciklona je v višinah prehodno zapihal okrepljen jugozahodnik, ki je odpihnil ostanke vulkanskega pepela na večjih višinah.

V ponedeljek 17. aprila tako vulkanski prah nad Slovenijo ni bil prisoten. Zaradi položaja anticiklona s centrom nad Francijo so nad Slovenijo prevladovali severni do severovzhodni vetrovi, ki so vulkanski pepel iznad severne strani Alp zopet prinesli tudi nad naše kraje. Tako se je tudi v torek 18. aprila nad nami zadrževal vulkanski pepel, vendar na nižjih višinah, tja do 6 km.

Analiza vzorcev
Sektor za kakovost zraka, ki deluje znotraj Urada za hidrologijo in stanje okolja, se med drugim  ukvarja z meritvami koncentracij onesnaževal na tleh oziroma na višini od 1,5 do 4 metrov, to je v plasti zraka, kjer ljudje dihamo. Zato te meritve ne zajamejo višjih plasti ozračja, kjer se je zadrževala večina vulkanskega pepela.

Spremljamo različne vrste onesnaževal, v povezavi z vulkanskim prahom pa so najbolj zanimivi delci različnih velikosti in njihova kemijska analiza.

Evropska komisija je pripravila navodila, na kakšen način detektirati »dogodke«, ki jih uvrščamo med naravne vire emisije, med katere poleg morja, gozdnih požarov, saharskega peska uvrščamo tudi vulkanski prah.

Lokacija izbruha vulkana je navadno dobro znana, vendar nam lahko prisotnost določenih onesnaževal v zunanjem zraku omogoča popolnejšo informacijo o bolj natančni časovni določitvi posameznega dogodka.

Ob prisotnosti vulkanskega prahu naj bi se pojavili posamezni »piki« povišanih koncentracij žveplovega dioksida in delcev PM10. Po pregledu izmerjenih koncentracij onesnaževal smo pričakovano ugotovili, da na nobenem merilnem mestu, ki delujejo v sklopu državne merilne mreže ARSO, nismo zaznali povišanih koncentracij onesnaževal. Dnevne koncentracije delcev PM10 so bile nizke in so se v povprečju gibale nekje med 30 in 40 µg/m³ (mejna dnevna koncentracija je 50 µg/m³), medtem ko so bile povprečne maksimalne urne koncentracije žveplovega dioksida 4,8 µg/m³ (predpisana mejna urna koncentracija je 350 µg/m³).

Agencija spremlja meritve delcev tudi z referenčnim merilnikom, kar pomeni vzorčenje na filtre. Ker nam same koncentracije delcev niso dale odgovora glede prisotnosti vulkanskega prahu, smo se dogovorili z Zavodom za gradbeništvo Ljubljana, da so opravili kvalitativno analizo filtrov. V analizo smo posredovali štiri filtre z datumi od 15. do 18. aprila 2010.

Kvalitativno fizikalno kemijsko analizo so opravili s kombinacijo vrstične elektronske mikroskopije (SEM) in elektronske disperzne spektroskopije (EDS).

Iz razpoložljivih podatkov o kemični in petrografski sestavi vulkanskega prahu ter iz podatkov o geološki sestavi področja izbruha vulkana je bila razvidna bazaltna do srednje bazična sestava produktov vulkanizma. Na podlagi tega je bilo predpostavljeno, da vsi analizirani delci, ki imajo kemijsko sestavo Si + Al + K + Mg + Ca + Fe + Ti (v variabilnih razmerjih), pripadajo vulkanskemu prahu. Tipični kemijski spekter drobcev je prikazan na sliki 1. V sestavi teh delcev je bilo v posameznih primerih tudi žveplo. Prah se je pojavljal v obliki zelo drobnih zrn, velikosti približno 1 µm (slika 2). Zelo malo je bilo aglomeratov, velikih do 20 µm.

Kot smo že omenili, so bile v nedeljo 18. aprila prisotne padavine. Tako smo v času od 10. do 18. aprila v Kemijsko analitskem laboratoriju ARSO opravili analize težkih kovin ter osnovnih kationov in anionov. Rezultati analiz niso pokazali večjih odstopanj depozicij od povprečnih vrednosti.

Dne 18. aprila smo v padavinah zaznali fluoridne ione, ki tam običajno niso prisotni. Zaznali smo tudi nekoliko višjo vrednost kadmija.

Da bi pridobili še dodatne informacije, predvsem na kateri višini se je zadrževala večina vulkanskega prahu, smo se odločili za prelet letala podjetja Janez let. Le-ta je v sodelovanju z Oceanografskim inštitutom OGS iz Trsta opravil meritve vertikalnih profilov koncentracije delcev.

Preglednica 1. Sestava posameznih vzorcev
Table 1.  Composition of individual samples

Vzorec	Sestava
150410	Malo delcev na filtru: pretežno kremen in kalcit, malo sadre, drobcev kamnin, kovinskih aerosolov in organskih delcev.
160410	Malo delcev na filtru: pretežno kremen in kalcit, malo sadre, drobcev kamnin, kovinskih aerosolov in organskih delcev.
170410	Veliko delcev na filtru: vulkanski prah približno 30 %, ostalo: kremen, kalcit, sadra, drobci kamnin, kovinski aerosoli, organski delci.
180410	Srednje veliko delcev na filtru: vulkanski prah približno 15 %, ostalo: kremen, kalcit, sadra, drobci kamnin, kovinski aerosoli, organski delci.

Iz preglednice 1 je razvidno, da je bil vulkanski prah nad Slovenijo prisoten v dneh 17. in 18. aprila. V nedeljo 18. aprila je bilo zaradi padavin na filtrih prisotnih manj delcev vulkanskega izvora.
 

Slika 1. Kemijski spekter drobca vulkanskega prahu na filtru 170410
Figure 1. Chemical spectrum of a volcanic dust fragment on the filter 170410


Slika 2. SEM mikroposnetek filtra 170410. Svetle točke na vlaknih so pretežno zrna vulkanskega prahu.
Figure 2. SEM micrograph of the filter 170410. Bright points on the fibers are mostly volcanic dust grains. 

Vzorčili so delce velikosti od 0,3 do 10 µm. V analizo smo posredovali vzorce zra­ka. Analizo je tudi v tem primeru izvedel Zavod za gradbeništvo Ljubljana. Izvedena je bila kvalitativna določitev na različnih vzorcih. Rezultati analize so po­kazali, da je bil na vseh vzorcih prisoten vulkanski prah. Največ vulkanskega pra­hu je bilo na vzorcu, ki je bil vzet na 7000 ft (2100 m). Mikroposnetek aglo­merata vulkanskega prahu za omenjeni vzorec je pokazal, da so bili prisotni aglomerati zelo drobnih, heterogenih zrn, velikosti približno 70 µm.

Slika 3. Prelet z letalom
Figure 3. Overflight by airplane

Tipični kemijski spekter drobcev je prikazan na sliki 4. V sestavi teh delcev sta se poleg Si+Al+K+Mg+Ca+Fe+Ti pojavljala tudi Na in Cl. Natrij in klor se pojavljata kot aerosola iz morja, saj so prelet z letalom opravili nad morjem. Sicer so se delci pojavljali v dveh oblikah: kot samostojni, oglati drobci, veliki do 50 mm, ali kot aglomerati velikosti do približno 70 mm iz zelo drobnih, heterogenih zrn (slika 5).

Preglednica 2. Sestava vzorcev zraka, vzetih na različnih višinah
Table 2.  The composition of air samples, taken at different altitudes.

Vzorec	Sestava
4500 ft	delcev na traku malo: pretežno vulkanski prah, malo NaCl, kremena, kalcita, organskih delcev
5000 ft	delcev na traku malo: pretežno vulkanski prah, malo NaCl
6000 ft	delcev na traku malo: pretežno vulkanski prah, malo NaCl
7000 ft	delcev na traku veliko: pretežno vulkanski prah, malo NaCl

Analize vzorcev so potrdile napovedi meteorologov, da se je nad Slovenijo zadrževal vulkanski pepel.


Slika 4. Kemijski spekter drobca vulkanskega prahu (trak z oznako 7000)
Figure 4. Chemical spectrum of a volcanic dust fragment

Kljub temu da je vulkanski prah potoval prek cele Evrope in povzročil veliko težav v letalskem prometu, pa je Svetovna zdravstvena organizacija (WHO) zaključila, da vulkanski pepel ne povzroča nevarnosti  za zdravje ljudi.


Slika 5. SEM mikroposnetek aglomerata vulkanskega prahu (trak z oznako "7000")
Figure 5.  SEM micrograph of a volcanic dust aglomerat

Prisotnost vulkanskega prahu
Napovedi prisotnosti vulkanskega prahu temeljijo na tako imenovanih transportnih modelih, ki simulirajo gibanje in koncentracijo polutantov v času in prostoru. V konkretnem primeru govorimo o vulkanskem prahu, enaki principi pa se uporabljajo za izračunavanje širjenja radioaktivne ali kakšne druge vrste kemične onesnaženosti iz znanega vira ali virov. Simulacija gibanja in koncentracij ne more biti popolnoma natančna zaradi zapletenosti in negotovosti v izračunih premikov delcev in problemov z določitvijo količine izpuščenega materiala v ozračje, ki praviloma ni točno znana. Zato so zelo pomembne meritve dejanskega stanja, ki verificirajo napovedi.

Žal ne obstajajo operativni sistemi za monitoring koncentracije delcev vulkanskega prahu v realnem času. Meteorologi se morajo za verifikacijo svojih napovedi zanašati na meritve redkih eksperimentalnih letal z ustreznimi senzorji, meritve s pomočjo laserjev (LIDAR), posebne meritve s pomočjo satelitov, meritve s senzorji na zračnih balonih ter analize vzorcev zraka in vode. Vse merilne metode imajo svoje prednosti in slabosti, tako da ne obstaja univerzalni merilni sistem, ki bi v realnem času zagotavljal točne in zanesljive podatke o koncentracijah vulkanskega prahu v ozračju. Do razvoja takega sistema se bo potrebno zanašati na izračune modelov in na podlagi teh podatkov obveščati zainteresirano javnost.

Avtorja: Tanja Bolte in Andrej Hrabar
čŒlanek je bil objavljen v Biltenu Naše okolje, ki ga izdaja Agencija za okolja, aprila 2010, letnik XVII, številka 4, str. 72-76
Vir: http://www.arso.gov.si/