Известно, что в составе твердых вулканических выбросов кроме извержений гавайского типа преобладают измельченные пирокластические материалы, доля которых ко всей массе твердых выбросов достигает 94-97%. По оценке Заппера, за время с 1500 по 1914 г. вулканами на суше выброшено 392 км 3 лавы и рыхлых масс, главным образом пеплов. Доля рыхлых масс за это время в выбросах составила в среднем 84%. Характерно также то, что при выбросах образуются огромные массы чрезвычайно тонких пеплов. Такие пеплы могут длительно оставаться в воздухе во взвешенном состоянии. При извержении Кракатау в 1883 г. пеплы много раз обошли вокруг Земли, прежде чем полностью осели. Мельчайшие частицы пепла поднялись при этом на большую высоту, где находились несколько лет, вызывая красные зори в Европе. При извержении вулкана Безымянного на Камчатке пеплы уже на второй день выпали в районе Лондона, т. е. на расстоянии свыше 10 тыс. км . С точки зрения выпадения твердого вещества вулканических извержений из водных, главным образом надкритических, растворов, поднимающихся из дренажной оболочки, такое соотношение между массами твердого и рыхлого вещества вулканических выбросов совершенно понятно. Действительно, растворы, поднимаясь по каналу из дренажной оболочки, где они находились под давлением до 2-4 тыс. атм, теряют давление, расширяются иохлаждаются. Вследствие этого из растворов выпадают растворенные в них вещества, образуя вначале жидкие, а по мере извержения густеющие массы концентратов. Эти массы, по-видимому, в наибольшей мере накапливаются у устья того канала, по которому поднимаются водные растворы. По мере накопления этих масс и расширения канала паровой поток начинает захватывать и по дороге измельчать выпавшие из растворов массы. В зависимости от скорости движения струи пара и его температуры и плотности, а также в зависимости от особенностей химического состава выпадающих густых масс вещества оно дробится на более или менее мелкие частицы, которые уносятся с облаком и выпадают затем из него.

Установлено, что пеплы, выпадающие из пепловых облаков, имеют различный ситовый состав как в зависимости от интенсивности извержения, так и в зависимости от расстояния до места выпадения пепла. Вблизи вулканов выпадают крупные фракции пеплов с размерами отдельных частиц до 3-5 мм; чем дальше уходят пепловые облака, тем меньше размер пепловых частиц. Вместе с тем известно, что пеплы, выпадающие на расстояниях до 100 км и более, еще имеют сложный ситовый состав. Это, по нашему мнению, свидетельствует о том, что во время перемещения пеплового облака происходит не только фракционирование уже имеющихся частиц пепла, но и образование новых частиц, поскольку тонкие пеплы, находящиеся во взвешенном состоянии, обладают способностью образовывать конгломераты, которые затем превращаются в плотные цементированные шарики, называемые пизолитами, или окаменевшими дождевыми каплями. Происхождение особенно мелких пеплов, которые длительное время находятся в воздухе и переносятся на очень большие расстояния, скорее всего связано с выпадением их непосредственно из горячего парового облака по мере его охлаждения. Из жерла вулкана вверх выбрасывается струя горячего пара, имеющего температуру до 400-450° С. В таком паре даже при нормальном давлении находятся растворенные вещества, хотя и в невысокой концентрации. При дальнейшем охлаждении парового облака из него выпадают растворенные вещества в виде частиц, имеющих размеры, приближающиеся к размерам молекул. Такие частицы пепла могут удерживаться в воздухе неограниченное время.

Таким образом, преобладание пеплов и образование весьма дисперсных материалов в вулканических выбросах удовлетворительно объясняются выпадением их из водных, в том числе надкритических и паровых, растворов, выбрасываемых в атмосферу. Такое происхождение пеплов объясняет некоторые специфические особенности их состава.

Известно, что по мере перемещения пеплового облака на все большие расстояния от вулканического кратера из него выпадают пеплы неодинакового химического состава. Даже совершенно одинаковые по ситовому составу фракции пеплов заметно изменяются по химическому составу в зависимости от длительности пребывания частиц пепла в облаке. Эту зависимость обычно связывают с расстоянием от вулкана. Но дело тут, конечно, не в пути, а во времени. Особенно заметны изменения содержания в пеплах железа, магния, марганца, олова, ванадия и других элементов, которое, как правило, растет по мере удаления от кратера вулкана.

Весьма существенной особенностью процессов, которые приводят к росту содержания перечисленных элементов в пеплах, является то, что они изменяют химический состав пеплов только в тонкой поверхностной пленке каждой частицы пепла. Толщина химически измененной пленки достигает 10 -4 -10 -6 см . И. И. Гущенко, изучавший пеплы Северной Камчатки, отмечает, что они обладают хорошо выраженной сорбционной способностью и что мелкозернистый пепел сорбирует наибольшие количества анионов SO 4 -2 и НСО 3 - , а грубозернистые пеплы лучше сорбируют ион хлора. На темноцветных и рудных минералах пеплов предпочтительно сорбируются SO 4 2- , HCO 3 - , Na + , K + , Mg 2+ . На плагиоклазах и стекле пеплов лучше сорбируются Cl - , Ca 2+ , Fe 3+ , P 5+ , М n 2+ . Содержание таких элементов, как Fe , Ti , Mg , Mn , в сорбционных пленках составляет до 35 и даже до 75% от валового содержания этих элементов в пеплах. И. И. Гущенко показал также, что содержание магния в пеплах вулкана Безымянного увеличивается в 12-30 раз за время перемещения облака на расстояние 90 км от вулкана. Он же приводит данные, показывающие, что в пеплах вулкана Гекла, выпавших 29 марта 1947 г., на расстоянии 3800 км от него содержание MgO и К 2 О увеличилось в 4 раза, а СаО, Р 2 О 5 , Ti О 2 и А1 2 О 3 - на 40-60% по отношению к содержанию этих элементов в пирокластическом материале, выпавшем в 10 км от вулкана.

Химический состав пеплов и особенно их поверхностных сорбционных пленок отличается от среднего состава пород коры суши и океана присутствием и повышенным содержанием многих элементов, таких, как Ga , V , Си, Со, Ni , Cr , Sr , Ba , Zr , U , Th и др.

К специфическим особенностям вулканических пеплов относится и то, что в состав пеплов входит стекловидный материал. Доля стекла в пеплах колеблется от 53 до 95%, что свидетельствует о быстром переходе частиц, образовавших пеплы, из жидкого в твердое состояние.

С точки зрения выпадения вулканических пеплов из водных растворов, вырывающихся из дренажной оболочки земной коры, все эти очень интересные особенности пеплов не только являются необъяснимыми, а наоборот, они совершенно естественны и понятны.

Как было отмечено выше, различные малолетучие соединения в соответствии с изменением растворимости, которая зависит от температуры, давления и фазовых переходов растворов при критических температурах, по-разному распределяются между паровой, жидкой и твердой фазами. Несмотря на то, что экспериментальными исследованиями еще почти не затронуто изучение таких сложных систем, какими могут быть системы, образующие растворы, заполняющие дренажную оболочку земной коры, можно понять некоторые закономерности перехода тех или иных компонентов из растворов в твердое состояние при образовании пеплов и перемещении их вместе с облаком.

Процессы эти и их очередность представляются в таком виде.

Облака водяных паров, которые образуются над жерлом вулкана при большой скорости выбросов многих миллионов тонн пара, имеют высокую температуру. Поэтому твердое вещество содержится в облаках пара не только в виде частиц пепла, но и в растворенном состоянии. По мере удаления облака от места извержения оно увеличивается в объеме и охлаждается. Охлаждение паров от 350-450 до 0° С приводит к выпадению в твердом состоянии тех компонентов, которые находятся в горячем паре. Эти мельчайшие твердые частицы могут конденсировать на себе пленки жидкой воды, могут прилипать или сорбироваться на более крупных частицах пепла и образовывать на них тончайшие сорбционные пленки, характерные для пеплов.

Без экспериментальных данных трудно судить о температуре пара в пепловых облаках над вулканом и на пути, который облака проходят, поднимаясь кверху и уходя вдаль. Однако, судя по явной зависимости химического состава тонких поверхностных, сорбционных пленок от расстояния, на котором пеплы выпадают, можно считать, что охлаждение протекает достаточно длительно. Вероятно и то, что после прекращения выпадения растворенных в паре веществ происходит дальнейшее изменение состава поверхностной пленки крупных частиц пепла. Они сорбируют из облака те тонко рассеянные примеси, которые могут иметь противоположный заряд.

С точки зрения гипотезы образования пепловых облаков из надкритических растворов дренажной оболочки эти факты очень важны, ибо в этом случае обязательны процессы образования пеплов и мельчайшей пыли, которая сорбируется на более крупных частицах пеплов, образуя сорбционные пленки.

Другие гипотезы происхождения парового облака не могут объяснить присутствия в облаке элементов, сорбирующихся на пепловых частицах. Они тем более не могут объяснить чрезвычайно широкую гамму этих элементов. В таком широком ассортименте рассеянные, в том числе радиоактивные, элементы, как правило, не встречаются ни в лаве, ни в магматических породах, ни тем более в породах, слагающих толщу земной коры. Поэтому широкий ассортимент элементов в сорбционной пленке на пепловых частицах является одним из наиболее убедительных свидетельств в пользу гипотезы, связывающей происхождение пепловых облаков с растворами дренажной оболочки. Эту же связь подтверждает широкий набор летучих компонентов, выбрасываемых вулканами, фумаролами и другими источниками. В их число, как известно, входят: СО, СО 2 , SO 2 , H 2 S , CSO , N 2 , N 2 O 3 , N 2 O 5 , NO 3 , NH 4 Cl , PH 3 , CH 4 , Kr , Xe , Ne , He , H 2 , Se , SiF 4 , H 3 BO 3 и многие другие, летучие с хлором, бором, серой и фтором соединения. О широком наборе элементов в растворах дренажной оболочки свидетельствуют также солевой состав океана и особенно сложный состав железомарганцевых и фосфорных конкреций.

В ряде стран Европы уже отмечено появление в воздухе частичек вулканической пыли , и все надеются, что не выпадет двуокись кремния, которая выделяется при извержениях вулканов и представляет опасность не только для легких и сердца, но и риск возникновения рака легких.

Выбросы ожившего в Исландии вулкана поднимаются в воздух, переносятся в верхних воздушных слоях на громадные расстояния и постепенно опускаются на землю.
Специалисты до сих пор не имеют единого мнения по поводу того, опасны ли эти выбросы для людей, и если да, то в какой степени. Но врачи предупреждают тех, кто страдает заболеваниями легких, сердца, а также аллергиков, что им стоит ограничить свое пребывание на улице, когда повышается концентрация вулканической пыли в воздухе их мест проживания.

Облако вулканической пыли состоит из мельчайших частиц горных пород, из которых, собственно, и состоит вулкан. Эти частицы содержат также примеси лавы и пепла.
Некоторые частицы имеют кислотное покрытие, которое вызывает легкое раздражение кожных покровов, легких и глаз.

Однако, по данным исследователей, концентрация таких частиц в пылевом облаке довольно низкая, поэтому они не причиняют существенного вреда. Врачи, опираясь на опыт множества прежних извержений вулканов, считают, что это явление не представляет опасности для здоровья со стороны вулканической пыли.

Пока что специалисты Всемирной Организации здравоохранения рекомендуют людям оставаться в помещении в то время, когда облако вулканической пыли находится над их местом проживания. Частицы пыли уже начали осаждаться на территории Исландии, Англии,Шотландии, Германии, однако никаких указаний относительно ограничения передвижения людей в этих районах сделано не было.

Чего опасаются: двуокись кремния

Некоторые ученые предупреждают об опасности, связанной с возможным появлением в составе вулканической пыли двуокиси кремния. Это вещество является составной частью горных пород, из которых состоит сам вулкан.
Будучи высвобождена в ход извержения вулкана, двуокись кремния, оседая из пылевого облака и попадая в легкие, может вызвать их тяжелые заболевания, вплоть до повышения риска рака легких, а также представляет угрозу для работы сердца.

Вызываемая двуокисью кремния болезнь силикоз представляет немалые трудности для лечения и угрожает жизни больных. Израильские ученые говорят о том, что до сих пор точно неизвестно, из каких компонентов состоит облако вулканической пыли, образовавшееся сейчас в Исландии.

Что происходит с организмом при вдыхании загрязненного воздуха? Наиболее уязвимой в этом случае оказывается, естественно, дыхательная система. Проникновение пылевых частиц в бронхи и альвеолы легких приводит к увеличению выделяемой ими мокроты. Это защитная реакция легочной ткани на внешние раздражители.

Однако эта реакция приобретает избыточные черты, свойственные аллергии. При развитии аллергии не только легкие наполняются мокротой, но и начинается слезотечение и зуд в глазах, раздражение слизитой в горле, а также приступы астмы.
На этом фоне активизируются вирусы и микробы, находящиеся в легких, что приводит к дальнейшему развитию воспалительных заболеваний дыхательной системы.

Нарушение работы легких отрицательно сказывается на сердечной деятельности. Сердечный "насос", призванный работать на постоянных, но низких оборотах, не справляется с возрастающей нагрузкой: нехватка кислорода требует от сердца увеличить ритм деятельности. У людей, страдающих недостаточностью сердечного кровоснабжения, это состояние может привести к инфарктам и инсультам.

Проблемы дыхательной и сердечной деятельности не могут не сказываться на всем организме. Вследствие повышения кровяного давления появляется утомляемость, головные боли, ухудшение общего состояния, а также повышается риск развития сердечного приступа и кровоизлияния в мозг.

В настоящее время метеорологи, экологи и специалисты многих других отраслей внимательно следят за перемещением облака вулканической пыли, степенью осаждения его частиц и их составом.
В случае ухудшения экологической ситуации население немедленно будет поставлено в известность и получит рекомендации по правильному поведению.

В данный момент угрозы здоровью людей нет.

Полезные статьи

Как эффективно использовать вулканический пепел?

Сейчас слова экология, экологическая чистота служат своеобразным символом качества. А слова синтетический или искусственный вызывают отторжение. В моде все натуральное, естественное. Даже недостатки натурального перестали быть недостатками, воспринимаются нами как показатель со знаком плюс.
В моде и экологически чистый образ жизни. Не в центре мегаполиса, а в своем доме за городом. Загородный дом становится особняком во всех смыслах этого слова. Стоит наособицу, посередине большого участка, выглядит оригинально, стильно и дорого, как снаружи, так и внутри.

Мода повышает интерес к инновационным материалам в дизайне интерьера. Все производители отделочных материалов в большей или меньшей степени занимаются разработками такого рода продукции. Хотя на первом месте в разработке материалов будущего, как правило, оказываются японские компании.

Материалы будущего должны совмещать прочность, износоустойчивость, практичность, долговечность и экологичность, а дизайнеры предпочитают работать с материалами природными, на 90%- 100% натуральными.

Таким материалом является вулканическая штукатурка. Разработана она, конечно, в Японии. Чего- чего, а уж вулканов там хватает. Основной составляющей является вулканический пепел.
Эта штукатурка полностью адсорбирует неприятные запахи. В доме с таким покрытием стен можно спокойно курить, разводить экзотических, но не совсем аккуратных домашних зверушек. Ничем пахнуть не будет.

Вредные и токсичные вещества, которые, к сожалению, используются при изготовлении строительных материалов, таких как ДСП, МДФ, тоже будут не страшны. Вулканическая штукатурка максимально полно поглощает формальдегид и фенол. Здоровая атмосфера в стенах дома, покрытых этим материалом, гарантированно обеспечена.

Производители утверждают, что частицы вулканического пепла создают отрицательно заряженные ионы. Покроете штукатуркой стены и будете наслаждаться горным или лесным воздухом, не выезжая в горы и не выходя в лес, а просто сидя в четырех стенах. Главное, чтобы стены были покрыты инновационным отделочным средством.

Покрытие сохраняет постоянный, комфортный для человека, уровень влажности. То есть, в сыром помещении будет впитывать лишнюю влагу, а в сухом - выделять.

Этот материал не горит. Так и хочется процитировать классический советский фильм: «Все уже сгорело до нас», - во время извержения вулкана. При сверхвысоких температурах породы кальцинируются, приобретая естественную негорючесть. Изготавливается штукатурка без термообработки, следовательно, отсутствуют выбросы СО 2, а утилизации не нанесет вреда природе, использованное покрытие может быть просто зарыто в почву. Так что требования природоохранных организаций тоже удовлетворяются.

Таким образом, можно с полной уверенностью подтвердить слова нашего, еще не сложившего полномочия, президента: «Не надо бояться инноваций!» Новое всегда интересно.

Журнал новостей и скандалов

Вулканический пепел: опасность для человека

Среди опасностей, которые несут в себе извержения вулканов, вулканический пепел считается одной из самых коварных и разрушительных.

Вулканический пепел – одна из неприятных и опасных составляющих извержений вулканов. Он может состоять как из крупных кусочков, так и из мелких частиц размером с песчинку. Для порошкообразных материалов используют термин «вулканическая пыль», что, впрочем, не умаляет их угрозу для человека и окружающей среды.

Свойства вулканического пепла

На первый взгляд, вулканический пепел выглядит как мягкий, безвредный порошок, но на самом деле это каменный материал с твердостью 5+ по шкале Мооса. Он состоит из частиц неправильной формы с неровными краями, благодаря чему обладает высокой способностью повреждать авиационные окна, раздражать глаза, вызывать неполадки движущихся частей оборудования и много других проблем.

Вулканические частицы очень малы по размеру и отличаются везикулярной структурой с многочисленными полостями, в силу чего имеют относительно низкую плотность для каменного материала. Это свойство позволяет им подниматься высоко в атмосферу и распространяться ветром на большие расстояния. Они не растворяются в воде, а при намокании образуют суспензии или грязь, которая после высыхания превращается в твердый бетон.

Химический состав пепла зависит от состава магмы, из которой он образуется. Учитывая, что наиболее распространенными элементами, найденными в магме, являются диоксид кремния и кислород, в большинстве случаев пепел содержит в себе частицы кремния. В золе от базальтовых извержений находится 45–55 % диоксида кремния, богатого железом и магнием. При взрывоопасных риолитовых извержениях вулканы выбрасывают пепел с высоким содержанием кремнезема (более 69 %).

Образование пепельных колонн

Пепел вулкана Сент-Хеленс

Некоторые виды магмы содержат огромное количество растворенных газов, которые во время извержения вулкана расширяются и вырываются из жерла вместе с небольшими магматическими частицами. Устремляясь вверх в атмосферу, эти газы захватывают с собой пепел и горячие водяные пары, образуя колонны. Так, при извержении вулкана Сент-Хеленс взрывное высвобождение горячих вулканических газов породило гигантскую колонну, которая поднялась на высоту 22 км менее чем за 10 минут. После этого сильные ветры за 4 часа унесли ее к городу Спокан, расположенному в 400 км от жерла, а за 2 недели вулканическая пыль облетела вокруг Земли.

Влияние вулканического пепла

Вулканический пепел представляет большую опасность для людей, имущества, машин, городов и окружающей среды.

Влияние на здоровье человека

Наибольшую угрозу он несет здоровью человека. У людей, оказавшихся под пеплопадом, появляется кашель, дискомфорт при дыхании, развивается бронхит. Побочные действия извержения можно уменьшить благодаря использованию высокоэффективных респираторов, однако по возможности воздействия золы следует избегать. Долгосрочные проблемы могут включать в себя развитие такого заболевания, как силикоз, особенно если зола отличается большим содержанием кремнезема. Сухой вулканический пепел попадает в глаза и вызывает их раздражение. Наиболее острой такая проблема является для людей, которые носят контактные линзы.

Влияние на сельское хозяйство

После выпадения пепла животные испытывают те же неприятности, что и люди. Домашний скот подвержен раздражению слизистых и дыхательным заболеваниям, но к этому могут прибавиться еще и болезни пищеварительной системы – в том случае, если животные питаются на пастбищах, покрытых вулканическими частицами. Слой золы толщиной в несколько миллиметров, как правило, не вызывает серьезный ущерб сельскохозяйственных площадей, а вот более толстые скопления могут повредить культуры или вовсе их уничтожить. Мало того, они повреждают почву, убивая микрофитов и блокируя поступление в грунт воды и кислорода.

Воздействие на здания

Одна часть сухой золы по массе равна примерно десяти частям свежего снега. Большинство строений не предназначены для поддержки дополнительного веса, поэтому слой вулканического пепла большой толщины на крыше здания может перегрузить его и привести к обрушению. Если сразу же после выпадения пойдет дождь, это только усугубит проблему, увеличив нагрузку на кровлю.

Вулканический пепел может заполнить водостоки зданий и забить водосточные трубы. Зола в сочетании с водой вызывает коррозию металлических кровельных материалов. Мокрый пепел, накапливающийся вокруг внешних электрических элементов домов, приводит к удару током. Нередко после выбросов нарушается работа кондиционеров, поскольку мелкие частицы забивают фильтры.

Влияние на связь

Вулканический пепел может иметь электрический заряд, который препятствует распространению радиоволн и других передач, передаваемых по воздуху. Радио, телефоны и GPS-оборудование теряют возможность посылать или получать сигналы в непосредственной близости от вулкана. Также зола повреждает физические объекты, такие как провода, башни, здания и приборы, необходимые для поддержки связи.

Влияние на наземный транспорт

Первоначальное воздействие пепла на перевозки – это ограничение видимости. Зола блокирует солнечный свет, поэтому среди бела дня становится темно, как ночью. Кроме этого, всего лишь 1 миллиметр пепла может скрыть дорожную разметку. Во время езды мелкие частички захватываются воздушными фильтрами автомобилей, а также попадают в двигатель и повреждают его составляющие.

Вулканический пепел оседает на лобовые стекла автомобилей, вызывая необходимость использования дворников. Во время очистки абразивные частицы, попадающие между ветровым стеклом и стеклоочистителем, могут поцарапать окно. Во время дождя пепел, оседающий на дорогах, превращается в слой скользкой грязи, в результате теряется сцепка колес и асфальта.

Воздействие на воздушные перевозки

Современные реактивные двигатели перерабатывают огромные объемы воздуха. Если вулканический пепел втягивается в двигатель, то нагревается до температуры выше, чем температура его плавления. Расплавленная зола прилипает к внутренним частям двигателя и ограничивает поток воздуха, увеличивая вес самолета.

Абразивная структура пепла вулкана оказывает негативное воздействие на лайнеры, пролетающие в зоне извержения. На больших скоростях частицы золы, попадающие на лобовое стекло самолета, могут сделать его поверхность матовой, в результате пилот потеряет видимость. Пескоструйная обработка может также удалить краску на носу и кромках крыльев. В аэропортах проблемы возникают со взлетно-посадочными полосами – под пеплом скрывается маркировка, шасси самолета теряют сцепление при посадке и взлете.

Влияние на системы водоснабжения

Системы водоснабжения могут быть загрязнены пеплопадами, поэтому перед употреблением воды из рек, водохранилищ или озер проводится тщательная очистка взвеси. В то же время обработка воды с загущенным абразивным материалом может повредить насосы и оборудование для фильтрации. Зола также вызывает временные изменения химического состава жидкости, приводит к снижению рН и увеличению концентрации выщелоченных ионов – Cl, SO4, Na, Ca, K, Mg, F и многих других.

Таким образом, населенные пункты, расположенные вблизи или с подветренной стороны от вулканов, должны учитывать потенциальное воздействие вулканического пепла, разрабатывать пути борьбы с ним и минимизации его последствий. Гораздо проще принять меры заранее, нежели при извержении получить массу труднорешаемых проблем.

По рецепту древних римлян:

примесь вулканического пепла делает бетон стабильнее и вместе с этим экологичнее. Если заменить составляющие цемента измельченной вулканической породой, то это позволит снизить потребление энергии и выброс СО2 при производстве строительных материалов почти на 20 процентов, считают исследователи. Еще один плюс: богатые залежи вулканического пепла есть по всему миру.

Бетон и его главную составляющую – цемент – можно назвать важнейшими строительными материалами для человечества. Редко какой материал использовали так часто. Но у цемента есть теневая сторона: при обжиге известняка выделяются огромные количества двуокиси углерода (CO2), в то же время производство требует больших объемов энергии. По оценкам, около 5 процентов выбросов СО2 приходится на производство цемента.

Учёные со всего мира ищут способы сделать бетон более экологичным. Особенно многообещающей кажется замена минимум одной составляющей цемента альтернативными материалами. Это может быть, например, примесь углеродных нанотрубок, которая способна сделать бетон стабильнее, или даже измельчённый пластиковый мусор.

Тест римского рецепта

Группа учёных под руководством Кунала Купваде-Патила из Массачусетского технологического института подсмотрели технологию у древних римлян. Более 2000 лет назад античные строители примешивали к бетону и цементу вулканический пепел, чтобы повысить долговечность и водостойкость зданий. Имеет ли римский бетон преимущества в отношении выброса СО2 и энергопотребления, до сих пор было неизвестно.

Чтобы выяснить это, учёные протестировали различные рецепты изготовления бетона с использованием вулканического пепла. Для этого они измельчили вулканическую породу в порошок разного размера и заменили им от 30 до 50 процентов цемента в бетоне. Тесты на физическую устойчивость позволили изучить стабильность материала и рассчитать, сколько энергии требуется для производства, и сколько СО2 будет при этом выброшено.

Меньше энергии для производства бетона

Результат:

так же, как и во времена древних римлян, вулканический пепел положительным образом повлиял на стабильность бетона.

Чем тоньше был измельчён пепел, тем прочнее и устойчивее становился бетон. Однако, при более тонком измельчении энергоёмкость производства увеличивается. Но всё же замена цемента вулканическим пеплом улучшает общий энергетический баланс.

Во время теста, когда 40 процентов цемента заменили на тонко измельчённый вулканический пепел, энергопотребление снизилось на 16 процентов.

«Для производства цемента требуется большое количество энергии, так как ему необходимы высокие температуры, и оно представляет собой многоступенчатый процесс», — объясняет Стефани Чин из Массачусетского технологического института.
«Вулканический пепел уже образован при сильном жаре и высоком давлении – природа взяла на себя проведение нужных химических реакций».

Цемент с вулканическим пеплом для строительства жилых домов

Какое значение эта экономия имеет для целых зданий и жилых блоков, исследователи изучили на примере квартала города в Кувейте. Для 13 жилых и 13 коммерческих зданий они определили количество используемого бетона и рассчитали энергетический баланс. С помощью расчётных моделей учёные протестировали, как изменится количество необходимой энергии, если заменить до 50 процентов цемента измельчённым вулканическим пеплом.

Результат:

реализованная в лабораторных условиях экономия энергопотребления может быть использована целыми зданиями и кварталами.

По данным исследователей, благодаря добавлению вулканического пепла при строительстве 26 зданий потребовалось на 16 процентов меньше энергии. Значит, с помощью «римского рецепта» можно уменьшить выбросы СО2 и сэкономить электроэнергию.

К тому же, каменные образования вулканического пепла встречаются во многих частях мира — как возле активных вулканов, так и в местах первобытной вулканической активности. Так как этот материал раньше почти не использовался, его залежи довольно богаты и доступны.