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火山灰

火山灰

火山灰（volcanic ash），是火山喷发时形成的固体喷发物的一种，颗粒直径小于2毫米的细小火山碎屑物。

火山灰由微小的锯齿状岩石、矿物质和火山玻璃碎片组成，其主要成分是二氧化硅（SiO2），约占成分的40%~60%，矿物质由二氧化硅颗粒以及少量铝、铁、钙和钠的氧化物组成。火山灰是一种硬磨料，有轻度腐蚀性，遇湿导电，不溶于水。火山灰一般呈黑色、灰色、黄色、白色等，是火山喷发中最常见的碎屑物，由于火山灰密度小、颗粒小，在火山喷发时的能量下火山灰能够到达大气层中几十千米的高度，在平流层中可以悬浮几个月至几年之久。

火山灰漂浮在大气层中形成含有大量二氧化硫（SO2）、二氧化碳（CO2）、氯化物、甲烷（CH4）组成的火山灰云，火山灰云在大气层中会使对流层紫外线辐射增加，加速光化学烟雾形成，破坏臭氧层，长时间遮挡阳光，造成地表气温下降，火山灰会进入飞机发动机吸附在涡轮叶片上影响航空安全，其降落时含有腐蚀性的成分可能形成酸雨给生产和生活带来不利影响，火山灰中含有的矿物质成分也被广泛用作化肥、化工、美容等行业。1980年5月18日，圣海伦斯火山爆发，其大量的气流和微粒以100米/秒的速度向火山北部移动，覆盖了约600公里的区域。火山灰等火山喷发物形成巨大的蘑菇状烟尘上升到25千米的高度。7.5万年前，印度尼西亚多巴火山喷发形成的火山灰散布到北印度洋的大部分地区，并可能引发了向冰河时代气候的转变。2022年1月15日，汤加海底火山发生火山喷发，火山灰、气体和蒸汽组成的火山喷发柱高达20千米，火山灰云团直径约260千米，释放二氧化硫40万吨，汤加火山附近岛屿的建筑、道路、植被等几乎全被火山灰覆盖，受损严重，农作物也被火山覆盖受灾严重，空气及饮用水受到污染，海洋生态遭到严重破坏。

火山灰特性

物理性质

物质组成

火山灰通常由火山玻璃、矿物质晶体和岩石碎片组成。

矿物形态学

密度

不同成分的火山灰密度各不相同。火山灰在干燥和湿润状态下的密度和重量也不相同。

其他

化学特性

火山灰主要由二氧化硅（ SiO2）、氧化铝（Al2O3）、氧化钙（CaO）、氧化铁（Fe2O3）、氧化锰（MgO）、氧化钾（K2O）和氧化钠（Na2O）成分构成，其主要成分为SiO2，约占成分的40%~60%，不同种类的火山灰其成分含量也不相同。火山灰中含有硫酸离子等酸性腐蚀物，对金属具有腐蚀性。火山灰中含有大量硅酸盐矿物质，可以与水反应形成硅酸溶液，也可以与大气中的二氧化碳反应形成碳酸根。

火山灰形成过程

火山灰形成于火山喷发期间，其来源主要是火山岩浆，火山岩浆中含有大量的水蒸气和蒸发组分，在火山喷发时，其气体和水蒸气受压力减少的影响迅速膨胀形成爆炸，爆炸将火山通道上方覆盖的岩石层击碎形成喷发住，岩浆在喷发的过程中被击碎在高空中迅速冷却固化，形成火山灰。火山喷发时爆炸的力量还会导致火山的内壁崩溃，在爆炸中形成更多的岩石碎片。小岩石碎片、火山玻璃和其他矿物与气体和空气颗粒混合形成火山灰柱、羽流和云。当热气、火山灰、岩石和凝固的熔岩碎片在喷发后回落形成火山碎屑密度流（PDC），火山碎屑密度流中的颗粒发生碰撞碎裂或磨损造成颗粒减少形成部分火山灰。

火山灰危害

生命健康

人体健康

火山灰对人体健康可大体分为呼吸系统影响、眼部影响、皮肤刺激三类。

2.眼部影响：火山灰中的砂粒容易进入眼睛导致眼角膜擦伤和结膜炎，常见症状有眼睛疼痛、发痒、充血有异物，眼睛分泌粘性物，撕裂眼角，角膜擦伤，急性结膜炎，眼球周围结膜囊发炎导致眼睛发红、灼痛和光敏感。

3.皮肤刺激：火山灰成分中还有酸性物质，可以对一部分人的皮肤造成刺激，导致皮肤发红，发痒继而引发感染。

动物

农业与畜牧业

火山灰可能对农作物的生产产生不利的影响，包括农作物减产、牲畜中毒、疾病、饥饿或死亡和供水污染。

农业

畜牧业

水系统

水源污染

供水及排水

社会生产

道路

航空与铁路

建筑物

电力

火山灰用途

化肥材料

火山灰中富含铁、镁、钾、硫、等矿物元素，可以起到改善土壤的物理和化学性质的作用。在一定条件下，火山灰可以在土壤上形成火山灰养分层，对农作物生长起到一定的促进作用；火山灰沉积物可以提供覆盖效果并减缓土壤水分的蒸发损失，掺入颗粒大的火山灰可以起到改善土壤通气和排水的作用。

建筑材料

火山灰具活性，在碱性激发下遇水可与生石灰（CaO）反应生成具有水硬性胶凝能力的水合物，常备用作建筑材料中，如耐热混凝土；水泥活性混合材料。火山灰中的浮石是一种具有导热系数低、保温、隔音、耐热、抗热胀冷缩、防虫、防霉、抗化学腐蚀等特性的多孔质浮岩，被广泛用于外墙墙体、隔音楼板、屋面保温层、空心砖块等建筑、保温材料中去。

化工材料

火山灰中的火山玻璃和矿物质晶体具有较好的细度、角度和中等硬度，适合作为研磨材料，如抛光、洗涤和清洗剂，还被应用于玻璃、眼镜、显示屏、牙膏、肥皂等化工产品中。

火山灰中的玻璃碎片大致相当于长石和石英组成的熔块，这种材料被广泛用于陶瓷体和釉料中。

美容产品

火山灰不溶于水的部分在堆积后形成火山灰泥，火山灰泥是以火山玻璃为主要成分的深灰色到黑色的无黏性泥，被广泛用到医学理疗、养生保健方面。火山泥含有镁盐、钾盐、碘及其他微量元素等对人体具有抗氧化作用，可以起到缓解疲劳、减轻压力、消除疼痛的作用，常被用于火山温泉泥浴，是温泉洗浴常见的一种方法。火山灰泥的美容制品具有美白、消炎、杀菌、激活皮肤细胞、淡化色斑等功效，被广泛用于化妆品行业。

其他用途

火山灰监测及预警

火山灰监测

火山灰可以通过多种方法进行监测，其常用的监测方法有飞机监测、地面监测、遥感监测三种。

飞机监测：飞机监测是使用飞机、卫星等设备对火山灰进行监测，可以获取火山灰的分布、浓度等信息。

地面监测：地面监测是在火山周围设立监测站，在空气中采集火山灰样品，通过化学分析等方法来检测火山灰的成分和浓度等信息。

遥感监测：遥感监测是目前火山灰监测的主要途径，主要利用卫星系统、雷达系统的遥感技术，对火山进行监测和分析。

火山灰预警

火山灰预警体系是由火山灰检测机构和科研人员利用卫星、雷达、地震仪等火山监测手段对火山活动监测、分析、模拟和预测的体系。世界上多个国家都已建立起火山监测站系统，但很少有国家建立起健全的火山灰预警体系，日本是一个多火山活动的国家，2015年期开始了火山灰降落预报，设立了较为全面的火山灰预警系统，分别在火山喷发前、喷发时和喷发后，根据天气状况和喷发状况发布不同的预报，预报体系中包含火山灰什么时候降落，降落在什么地方，降落量是多少，落灰量根据积灰的厚度分为大量（1毫米或更多）、有点大量（0.1-1毫米）和小量（小于0.1毫米）三种。

火山灰防护与清理

火山灰防护措施

火山灰清理

火山灰的附着可以对建筑物、设备设施造成巨大的磨损和毁坏，及时清理清理城市地区的灰烬对于最大程度地减少损坏和破坏至关重要。清除、运输和处置火山灰是一项肮脏、耗时且成本高昂的工作，火山灰有磨损性、轻质性、吸附性、易凝固等诸多特点，需要及时清理掉火山灰烬，防止灰烬再流动或灰烬胶结造成重复清洁或多次清理。火山灰清理应制定好稳定沉积物的策略，准备好相应的材料，尽量做到火山灰烬与含水层和低渗透层隔离，要尽可能的及时处理防止灰沉积物凝固，在清理火山灰时应注意以下几点。