Многокомпонентная газоанализаторная система
Многокомпонентная газоанализаторная система часто является одним из многих приборов, используемых для измерения газов и мониторинга вулканической активности.

Многокомпонентная газоанализаторная система (Multi-GAS) представляет собой комплект приборов, используемый для проведения измерений вулканических газов с высоким разрешением в режиме реального времени . [ 1 ] Комплект Multi-GAS включает инфракрасный спектрометр для CO2 , два электрохимических датчика для SO2 и H2S , а также датчики давления, температуры и влажности, все в защищенном от атмосферных воздействий корпусе. [2] [ 3] Система может использоваться для индивидуальных обследований или устанавливаться в качестве постоянных станций [1], подключенных к радиопередатчикам для передачи данных из удаленных мест. [4] Комплект приборов является портативным, а его эксплуатация и анализ данных достаточно просты для проведения неспециалистами. [5]

Приборы Multi-GAS использовались для измерения вулканических газов на горе Этна , Стромболи , Вулькано в Италии, Вильяррике (вулкан) в Чили, вулкане Масая в Никарагуа, горе Ясур , Мияке-дзиме и горе Асама в Японии, холмах Суфриер в Монсеррате, а также на постоянных установках на Этне и Стромболи. [6]

Разработка этого прибора помогла ученым отслеживать изменения в составе вулканического газа в режиме реального времени, что позволяет быстрее снижать опасность и лучше понимать вулканические процессы. [7] [1]

Механика системы

Постоянная полевая станция Multi-GAS. Установка состоит из Multi-GAS, спутникового терминала, 12-вольтовых аккумуляторов и солнечной панели управления, расположенной внутри деревянного ящика. Спутниковая антенна, солнечные панели и вход/выход multi-GAS расположены снаружи ящика.

Системы многокомпонентных газовых анализаторов используются для измерения основных компонентов вулканических газов. Датчики CO2 , SO2 , H2S и давления-температуры-влажности обычно включены в комплект. [4] Также были успешно включены другие электрохимические датчики, в том числе для H2 [ 8] и HCl . [9] Приборы упакованы в компактные, портативные, устойчивые к погодным условиям контейнеры, что позволяет проводить измерения на месте различных типов газовыделяющих территорий. [2] Газ закачивается в систему с постоянной скоростью потока через силиконовую трубку, расположенную рядом с интересующим местом. [2] Регистратор данных используется для автоматической записи и преобразования значений напряжения с датчиков в значения состава газа. [2] [3] Хотя полевое использование multi-GAS простое, постобработка данных может быть сложной. [3] Это связано с такими факторами, как дрейф прибора, а также атмосферные или экологические условия. [3] Систему можно использовать для краткосрочных или долгосрочных исследований. Краткосрочное использование может включать питание multi-GAS от литиевой батареи и перемещение его в желаемые места [10] [11] или установку multi-GAS в фиксированном месте на короткий период времени. [7] Долгосрочные исследования подразумевают установку постоянной установки на продолжительное время. [12] Эти станции могут быть установлены с наземными (например, 3G [4] ) или спутниковыми [13] [14] радиопередатчиками для отправки данных из удаленных мест. [15]

Мониторинг вулканов

Необработанные данные по нескольким газам, показывающие корреляцию между CO 2 и H 2 S. Подгонка линии линейной регрессии к необработанным данным позволяет рассчитать соотношение CO 2 /H 2 S для мониторинга изменений в выходе газа из системы.

Мониторинг изменений в составе газа позволяет понять изменения, происходящие в связанной вулканической системе. Многофакторные газовые измерения соотношений CO 2 /SO 2 в реальном времени могут позволить обнаружить предизверженную дегазацию поднимающихся магм, улучшая прогнозирование вулканической активности. [1] По мере того, как магма поднимается под поверхность, растворимость CO 2 уменьшается, и газ легко выделяется, что приводит к увеличению соотношения CO 2 / SO 2. Новый ввод магмы , богатой CO 2 , в ранее дегазированную систему также приведет к росту соотношения CO 2 /SO 2 , что указывает на изменения в вулканической активности. [1] Во время двухлетнего исследования на горе Этна в периоды покоя соотношения CO 2 /SO 2 были <1, но в период подготовки к извержению были замечены значения вплоть до 25. [1] Магматическое или гидротермальное поступление можно отслеживать по временным изменениям соотношений H 2 S/SO 2 , что способствует пониманию будущего поведения извержения. [15] Соотношения CO 2 /H 2 S используются для определения характерного газового состава исследуемой области. [16] Это соотношение может быть инструментом для понимания того, как магматический газ мог быть очищен. [16] Другие молярные соотношения и виды газа, измеренные с помощью мульти-GAS, могут предоставить информацию для дальнейшего анализа вулканических условий. [3]

Примеры исследований

Станции Multi-GAS использовались на многих вулканах по всему миру [6], и благодаря своей простой конструкции они могут использоваться многими группами, например, учеными, в академических целях, или государственными учреждениями, такими как USGS , которые могут использовать данные в целях общественной безопасности. [17] В Европе и Азии вулканы, такие как Стромболи [18] и Вулкано , [19] гора Ясур , [10] Мияке-дзима [20] и гора Асама [21], хорошо контролируются станциями. В Америке , Вильяррика , [22] вулкан Масая , [23] гора Сент-Хеленс , [17] и холмы Суфриер [24] также наблюдаются с помощью приборов для отслеживания изменений в выходе вулканического газа.

Гора Этна, Италия

Постоянная установка multi-GAS была размещена в кратере вершины горы Этна для сбора измерений в реальном времени H 2 O, CO 2 и SO 2 в течение 2-летнего периода. Данные использовались для корреляции увеличения отношения CO 2 /SO 2 с подъемом магмы под сооружением и связанными с этим вулканическими извержениями. [1]

Крысувик, Исландия

Multi-GAS был установлен в геотермальной системе Крисувик для сбора данных временных рядов в реальном времени по H 2 O, CO 2 , SO 2 и H 2 S. Молярные соотношения сравнивались с локальными сейсмическими данными; повышенные значения газового соотношения следовали за эпизодами повышенной сейсмичности. Дегазационная активность увеличивается после движения грунта из-за открытия новых путей (например, трещин ) в земной коре для потока газа. [4]

Йеллоустоун, Соединенные Штаты

Чтобы помочь понять динамику кальдеры , был использован мульти-GAS для измерения временных изменений вулканических газов в Йеллоустоуне. Временные изменения совпадали с атмосферными и экологическими колебаниями. Молярные соотношения попадали в бинарную тенденцию смешивания. [12]

Ньирагонго, Демократическая Республика Конго

Молярные соотношения CO 2 /SO 2 , полученные с помощью многогазовых измерений, подтвердили предыдущее наблюдение, что увеличение уровня лавовых озер коррелирует с увеличением соотношения CO 2 /SO 2 . [25]

Проект по дегазации углерода из глубин Земли(ДЕСЯТИЛЕТИЕ)

Проект DECADE поддержал инициативы по созданию и расширению использования постоянных приборов для непрерывных измерений CO 2 и SO 2 в вулканах . [26] Системы Multi-GAS были установлены на таких вулканах, как Вильяррика, Чили [22] и Турриальба , Коста-Рика. [15]

Смотрите также

Ссылки

  1. ^ abcdefg Аюппа, Алессандро; Моретти, Роберто; Федерико, Чинция; Джудиче, 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.
  2. ^ abcd Aiuppa, A.; Federico, C.; Giudice, G.; Gurrieri, S. (2005). "Химическое картирование фумарольного поля: кратер Ла Фосса, остров Вулкано (Эолийские острова, Италия)". Geophysical Research Letters . 32 (13): L13309. Bibcode :2005GeoRL..3213309A. doi : 10.1029/2005GL023207 .
  3. ^ abcde Tamburello, Giancarlo (2015). "Ratiocalc: Программное обеспечение для обработки данных с многокомпонентных анализаторов вулканического газа". Computers & Geosciences . 82 : 63– 67. doi :10.1016/j.cageo.2015.05.004. hdl : 10447/162310 . ISSN  0098-3004.
  4. ^ abcd 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.
  5. ^ Shinohara, Hiroshi (2005). «Новый метод оценки состава вулканического газа: измерения шлейфа с помощью портативной многосенсорной системы». Журнал вулканологии и геотермальных исследований . 143 (4): 319–333 . Bibcode : 2005JVGR..143..319S. doi : 10.1016/j.jvolgeores.2004.12.004.
  6. ^ ab Aiuppa, Alessandro (январь 2015 г.). "Мониторинг вулканического газа". В Schmidt, Anja; Fristad, Kirsten E; Elkins-Tanton, Linda T (ред.). Мониторинг вулканического газа, гл. 6 в Volcanism and Global Environmental Change. Cambridge University Press. стр.  81–96 . doi :10.1017/CBO9781107415683.009. ISBN 9781107058378.
  7. ^ ab de Moor, JM; Aiuppa, A.; Pacheco, J.; Avard, G.; Kern, C.; Liuzzo, M.; Martinez, M.; Giudice, G.; Fischer, TP (2016). «Кратковременные вулканические газовые предшественники фреатических извержений: выводы из вулкана Поас, Коста-Рика». Earth and Planetary Science Letters . 442 : 218– 227. Bibcode : 2016E&PSL.442..218D. doi : 10.1016/j.epsl.2016.02.056. hdl : 10447/227127 . ISSN  0012-821X.
  8. ^ Aiuppa, A.; Shinohara, H.; Tamburello, G.; Giudice, G.; Liuzzo, M.; Moretti, R. (2011). "Водород в газовом шлейфе вулкана с открытым жерлом, гора Этна, Италия". Journal of Geophysical Research: Solid Earth . 116 (B10): B10204. Bibcode : 2011JGRB..11610204A. doi : 10.1029/2011JB008461. hdl : 10447/104567 . ISSN  2156-2202.
  9. ^ Робертс, Т. Дж.; Лертон, Т.; Джудиче, Г.; Лиуццо, М.; Айуппа, А.; Колтелли, М.; Виньель, 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. Bibcode : 2017BVol...79...36R. doi : 10.1007/s00445-017-1114-z. ISSN  1432-0819. PMC 6979509. PMID 32025075  . 
  10. ^ аб 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.
  11. ^ Lages, J.; Chacón, Z.; Burbano, V.; Meza, L.; Arellano, S.; Liuzzo, M.; Giudice, G.; Aiuppa, A.; Bitetto, M.; López, C. (2019). «Выбросы вулканического газа вдоль сегмента Колумбийской дуги Северной вулканической зоны (CAS-NVZ): последствия для мониторинга вулканов и летучего бюджета Андского вулканического пояса». Геохимия, геофизика, геосистемы . 20 (11): 5057– 5081. Bibcode : 2019GGG....20.5057L. doi : 10.1029/2019GC008573. hdl : 10447/386634 . ISSN  1525-2027. S2CID  210304262.
  12. ^ ab Lewicki, JL; Kelly, PJ; Bergfeld, D.; Vaughan, RG; Lowenstern, JB (2017). «Мониторинг выбросов газа и тепла в бассейне гейзера Норрис, Йеллоустонский национальный парк, США на основе комбинированного вихревого ковариационного подхода и подхода Multi-GAS». Журнал вулканологии и геотермальных исследований . 347 : 312–326 . Bibcode : 2017JVGR..347..312L. doi : 10.1016/j.jvolgeores.2017.10.001. ISSN  0377-0273.
  13. ^ Brynnams (4 октября 2020 г.). "Многокомпонентный газоанализатор (Multi-GAS) постоянная станция". Wikimedia Commons . Получено 18 октября 2023 г.
  14. ^ Мадония, Паоло (24 ноября 2020 г.). «Изменения низкотемпературных фумарол как инструмент для обнаружения изменений в состоянии вулканической активности: краткий обзор». Advances in Geosciences . 52 : 99– 100. doi : 10.5194/adgeo-52-97-2020 . Получено 9 ноября 2023 г. .
  15. ^ abc Moor, J. Maarten de; Aiuppa, A.; Avard, G.; Wehrmann, H.; Dunbar, N.; Muller, C.; Tamburello, G.; Giudice, G.; Liuzzo, M.; Moretti, R.; Conde, V. (2016). «Беспорядки на вулкане Турриальба (Коста-Рика): дегазационные и изверженные процессы, выявленные с помощью высокочастотного мониторинга газа». Journal of Geophysical Research: Solid Earth . 121 (8): 5761– 5775. Bibcode :2016JGRB..121.5761D. doi :10.1002/2016JB013150. ISSN  2169-9356. PMC 5054823 . PMID  27774371. 
  16. ^ ab Napoli, Rossella Di; Aiuppa, Alessandro; Allard, Patrick (2014). "Первая характеристика вулканического газа озера Бойлинг (Доминика, Малые Антильские острова) на основе мульти-газового анализа". Annals of Geophysics . 56 (5): 0559. doi : 10.4401/ag-6277. hdl : 10447/87765 . ISSN  2037-416X.
  17. ^ ab "Мониторинг вулканического газа на горе Сент-Хеленс". www.usgs.gov . Получено 29.10.2020 .
  18. ^ Аюппа, Алессандро; Федерико, Чинция; Джудиче, Гаэтано; Джуффрида, Джованни; Гуида, 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 . 182 (3): 221–230 . Бибкод : 2009JVGR..182..221A. doi :10.1016/j.jvolgeores.2008.09.013. ISSN  0377-0273.
  19. ^ Aiuppa, A.; Bagnato, E.; Witt, MLI; Mather, TA; Parello, F.; Pyle, DM; Martin, RS (2007). "Одновременное обнаружение в реальном времени вулканической ртути и SO2 в кратере Ла Фосса, Вулкано (Эолийские острова, Сицилия)". Geophysical Research Letters . 34 (21): L21307. Bibcode : 2007GeoRL..3421307A. doi : 10.1029/2007GL030762 . ISSN  1944-8007.
  20. ^ 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 : 2017Б Том...79...21С. дои : 10.1007/s00445-017-1105-0. ISSN  1432-0819. S2CID  132836899.
  21. ^ 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.
  22. ^ аб Аюппа, Алессандро; Битетто, Марчелло; Франкофонте, Винченцо; Веласкес, Габриэла; Парра, Клаудия Букари; Джудиче, 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.
  23. ^ 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.
  24. ^ Кристофер, Томас; Эдмондс, Мари; Хамфрис, Мадлен CS; Херд, Ричард А. (2010). «Выбросы вулканического газа из вулкана Суфриер-Хиллз, Монтсеррат, 1995–2009 гг., с последствиями для поставок и дегазации мафической магмы». Geophysical Research Letters . 37 (19): n/a. Bibcode : 2010GeoRL..37.0E04C. doi : 10.1029/2009GL041325 . ISSN  1944-8007.
  25. ^ Бобровски, Н.; Джуффрида, Великобритания; Ялире, М.; Любке, П.; Арельяно, С.; Балагизи, 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.
  26. ^ "Фишер, TP (2013), ГЛУБОКАЯ ДЕГАЗАЦИЯ УГЛЕРОДА: Инициатива DECADE Обсерватории глубокого углерода, Минералогический журнал, 77(5), 1089".
  • Программа USGS по изучению вулканической опасности: методы мониторинга газа и воды
Взято с "https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Многокомпонентная_система_газового_анализатора&oldid=1240814773"