Contaminantes de erupções vulcânicas lixiviam para a água em taxas diferentes, dependendo da forma das partículas de cinza vulcânica, de acordo com uma nova pesquisa que pode aumentar a capacidade dos cientistas de prever o risco de qualidade da água em regiões com atividade vulcânica.

A cinza vulcânica consiste em fragmentos microscópicos de magma solidificado, impulsionado por erupções vulcânicas. Quando um vulcão entra em erupção, as cinzas podem viajar grandes distâncias. A curto prazo, as cinzas podem contaminar a vegetação, água da superfície, solos e águas subterrâneas com metais pesados ​​como cobre, Cádmio e arsênico e contaminantes não metálicos como o flúor.

Esses contaminantes podem entrar na cadeia alimentar em um processo conhecido como bioacumulação. A bioacumulação ocorre quando os organismos ingerem e armazenam contaminantes que não podem metabolizar. Esses contaminantes podem se tornar mais concentrados à medida que sobem na cadeia alimentar, envenenando gado e humanos. A bioacumulação de metais pesados ​​pode causar alguns tipos de câncer, enquanto a bioacumulação de não metais como o flúor pode causar danos ao esqueleto.

Um novo estudo publicado no jornal GeoHealth da AGU descobriu que a área de superfície das partículas de cinzas controla a rapidez com que as cinzas lixiviam os contaminantes para a água. Quanto mais bolhas uma partícula tem - ou quanto mais porosa ela é - maior sua área de superfície. Cinzas com mais bolhas lixiviam mais rápido, porque tem mais superfície para a água permear.

Os resultados sugerem que a estrutura das partículas pode afetar a qualidade da água, melhorando a capacidade dos geólogos de prever como os ambientes podem responder a explosões vulcânicas. Compreender como os tipos de cinzas influenciam a maneira como os contaminantes se dissolvem na água permite que os cientistas prevejam os riscos à saúde impostos pela contaminação da água em regiões com vulcanismo frequente, de acordo com os autores do estudo.

"As primeiras horas são quando a água está mais contaminada e as taxas de lixiviação diminuem depois. No entanto, a longo prazo, erupções repetidas podem levar à bioacumulação, "disse Candace Wygel, um geólogo que conduziu a pesquisa enquanto estudante de graduação na Lehigh University em Bethlehem, Pensilvânia. Wygel, agora é geólogo na Roux Environmental Engineering and Geology D.P.C. Na cidade de Nova York, Nova york, é o autor principal do novo artigo.

Medindo a concentração de bolhas

Estudos anteriores de cinzas vulcânicas assumiram que cada partícula era uniformemente esférica e compacta. Este método não explica a porosidade de alguns tipos de cinza. Por exemplo, partículas de cinza andesítica, um tipo de cinza vulcânica com cristais de granulação média e teor médio de sílica, pode ter muitas bolhas microscópicas. Cada bolha aumenta a área de superfície da amostra de cinza. Mais água pode tocar a amostra e dissolver seus contaminantes.

Além disso, diferentes tipos de cinzas vulcânicas têm concentrações únicas de elementos e contaminantes. Cinza basáltica, um tipo de cinza vulcânica com baixo teor de sílica, contém mais metais do que cinzas andesíticas. Contudo, já que a cinza andesítica tem mais bolhas, ele lixivia o que tem mais rápido. Os cientistas sabiam que a composição química influenciava o que as cinzas vulcânicas lixiviam, mas Wygel e seus colegas suspeitaram que a estrutura das partículas também afeta a taxa de lixiviação das cinzas.

"Queríamos ver como a morfologia das cinzas impactava a lixiviação para o meio ambiente, "Wygel disse.

No novo estudo, os pesquisadores coletaram amostras de quatro vulcões no Havaí, Costa Rica, Alasca e Islândia. Cada vulcão entrou em erupção principalmente com cinzas basálticas ou andesíticas. Os pesquisadores mediram a área de superfície total de cada amostra e contabilizaram as bolhas dentro das cinzas. Eles descobriram que as amostras tinham áreas de superfície cerca de três vezes maiores do que quando foram medidas com o método geométrico padrão.

Eles descobriram que as partículas de cinzas com áreas de superfície maiores lixiviam os metais mais rapidamente. Mais de sete dias, a água corroeu as partículas, tornando suas áreas de superfície menores e mudando suas taxas de lixiviação. Os pesquisadores fizeram medições da área de superfície em diferentes pontos no tempo para observar como as taxas de lixiviação das cinzas mudaram com o intemperismo da água.

As cinzas andesíticas do vulcão da Costa Rica Turrialba tiveram a maior taxa de lixiviação, atribuído às suas altas concentrações de bolhas. A cinza de Turrialba inicialmente lixiviou os contaminantes mais rápido. Contudo, cinzas basálticas do vulcão havaiano, Kilauea, lixiviou as maiores concentrações de metais. Os resultados sugerem que a taxa de lixiviação e a composição química das cinzas afetam os ambientes em conjunto.