Los contaminantes de las erupciones volcánicas se filtran al agua a diferentes velocidades dependiendo de la forma de las partículas de ceniza volcánica. según una nueva investigación que podría mejorar la capacidad de los científicos para predecir el riesgo de la calidad del agua en regiones volcánicamente activas.

La ceniza volcánica consiste en fragmentos microscópicos de magma solidificado propulsados ​​por erupciones volcánicas. Cuando un volcán entra en erupción, las cenizas pueden viajar grandes distancias. A corto plazo, las cenizas pueden contaminar la vegetación, Superficie del agua, suelos y aguas subterráneas con metales pesados ​​como el cobre, cadmio y arsénico y contaminantes no metálicos como el flúor.

Estos contaminantes pueden ingresar a la cadena alimentaria en un proceso conocido como bioacumulación. La bioacumulación ocurre cuando los organismos ingieren y almacenan contaminantes que no pueden metabolizar. Estos contaminantes pueden concentrarse más a medida que ascienden por la cadena alimentaria, envenenamiento del ganado y los seres humanos. La bioacumulación de metales pesados ​​puede causar algunos cánceres, mientras que la bioacumulación de no metales como el flúor puede causar daño esquelético.

Un nuevo estudio en la revista GeoHealth de AGU encuentra que el área de la superficie de las partículas de ceniza controla la rapidez con la que la ceniza filtra los contaminantes al agua. Cuantas más burbujas tenga una partícula, o cuanto más porosa sea, mayor será su superficie. La ceniza con más burbujas se filtra más rápido, porque tiene más superficie para que el agua penetre.

Los resultados sugieren que la estructura de las partículas puede afectar la calidad del agua, mejorar la capacidad de los geólogos para predecir cómo los entornos podrían responder a las explosiones volcánicas. Comprender cómo los tipos de cenizas influyen en la forma en que los contaminantes se disuelven en el agua permite a los científicos predecir los peligros para la salud impuestos por la contaminación del agua en regiones con vulcanismo frecuente. según los autores del estudio.

"Las primeras horas son cuando el agua está más contaminada y las tasas de lixiviación disminuyen después. Sin embargo, el largo plazo, las erupciones repetidas pueden conducir a la bioacumulación, "dijo Candace Wygel, un geólogo que realizó la investigación mientras era estudiante de posgrado en la Universidad de Lehigh en Belén, Pensilvania. Wygel, ahora es geólogo en Roux Environmental Engineering and Geology D.P.C. En nueva york, Nueva York, es el autor principal del nuevo artículo.

Medición de la concentración de burbujas

Estudios previos de ceniza volcánica asumieron que cada partícula era uniformemente esférica y compacta. Este método no tuvo en cuenta la porosidad de algunos tipos de cenizas. Por ejemplo, partículas de ceniza andesítica, un tipo de ceniza volcánica con cristales de grano medio y contenido medio de sílice, puede tener muchas burbujas microscópicas. Cada burbuja aumenta el área de la superficie de la muestra de ceniza. Más agua puede tocar la muestra y disolver sus contaminantes.

Además, Los diferentes tipos de cenizas volcánicas tienen concentraciones únicas de elementos y contaminantes. Ceniza basáltica, un tipo de ceniza volcánica de bajo contenido en sílice, contiene más metales que las cenizas andesíticas. Sin embargo, dado que la ceniza andesítica tiene más burbujas, filtra lo que tiene más rápido. Los científicos sabían que la composición química influía en la lixiviación de cenizas volcánicas, pero Wygel y sus colegas sospecharon que la estructura de las partículas también afecta la tasa de lixiviación de las cenizas.

"Queríamos ver cómo afectaba la morfología de la ceniza la lixiviación al medio ambiente, "Dijo Wygel.

En el nuevo estudio, los investigadores recolectaron muestras de cuatro volcanes en Hawai, Costa Rica, Alaska e Islandia. Cada volcán hizo erupción principalmente cenizas basálticas o andesíticas. Los investigadores midieron el área de superficie total de cada muestra y tomaron en cuenta las burbujas dentro de la ceniza. Descubrieron que las muestras tenían áreas de superficie aproximadamente tres veces más grandes que cuando se midieron con el método geométrico estándar.

Encontraron partículas de ceniza con áreas de superficie más grandes que lixiviaban los metales más rápidamente. Durante siete días, el agua erosionó las partículas, haciendo sus áreas de superficie más pequeñas y cambiando sus tasas de lixiviación. Los investigadores tomaron medidas del área de la superficie en diferentes puntos en el tiempo para observar cómo cambiaban las tasas de lixiviación de las cenizas debido a la meteorización del agua.

La ceniza andesítica del volcán Turrialba de Costa Rica tuvo la tasa de lixiviación más alta, atribuido a sus altas concentraciones de burbujas. La ceniza de Turrialba inicialmente lixivió los contaminantes más rápido. Sin embargo, ceniza basáltica del volcán hawaiano, Kilauea, lixivió las mayores concentraciones de metales. Los resultados sugieren que la tasa de lixiviación de las cenizas y la composición química afectan los ambientes en conjunto.