火山灰云在航空安全领域研究进展

火山爆发产生的火山灰会给附近并较大范围内造成严重影响,尤其是上升到对流层顶部及以上的火山灰云会给航空安全带来巨大威胁。因此,对火山灰云的发生、发展进行监测和预警就显得尤为重要。阐述了火山灰云概念及其研究历史,并根据火山灰云特点介绍了火山灰云对航空安全的影响,进而阐述了目前卫星监测火山灰云存在的一些手段和方法,以及火山灰云预测模型的研究进展,国际上政府之间和各机构等采取的一些应对措施。随着航空业的日益发展,特别是中国航空运输的快速增长,且中国周边东南亚、日本和堪察加半岛火山众多,因此,火山灰云对航空威胁日益显著。最后指出,更好的进行火山灰云的研究是非常必要的,尤其是建立火山灰云的监测和预警。     

火山灰锆石U-Pb定年在沉积岩定年上的应用

本文系统总结了沉积岩定年的意义和常用的定年手段,详细介绍了火山灰锆石U-Pb定年在沉积岩定年上的应用。从火山事件层的分布、火山灰夹层的识别、火山灰锆石的区分、应用实例等方面对前人的研究进行概述,旨在为科研工作者运用火山灰锆石U-Pb定年提供借鉴经验。与传统的成岩矿物K-Ar/Ar-Ar和Rb-Sr定年技术相比,火山灰锆石U-Pb定年在沉积岩定年上具有显著的优势。火山灰夹层具有广泛性和等时性,且锆石U-Pb同位素体系不容易受到扰动,因此火山灰锆石U-Pb定年是高精度沉积岩定年的首选方案。沉积岩定年涉及到野外观察、样品采集、室内岩相学观察及地质年代学分析和年龄解释等多个环节。在这些环节中,识别火山灰夹层是最关键的一点,也是一大难点。这需要明确火山灰夹层的岩石类型并了解火山事件沉积层的分布,在此基础上通过野外观察和室内研究进一步判别,这样可以更加准确地识别出火山灰夹层。此外,火山灰锆石定年需要区分火山灰锆石、碎屑锆石、继承/捕获锆石,可以通过矿物形态学和矿物化学特征来加以区分。     

火山灰年代学:原理与应用

火山灰(2mm)等时标志层是火山灰年代学研究的基础。火山灰地层的直接或间接测年依赖于火山灰中存在合适的原生矿物(如:透长石、锆石、磷灰石)或外来物质(如:炭化木)。然而大多数火山灰沉积层,尤其是远源火山灰,其主要由岩浆源碎屑构成,开展测年显得十分困难。利用火山玻璃(岩浆)的地球化学,是一种被广泛应用的替代性方法。火山玻璃作为岩浆源物质普遍出现在各类近源、远源可见火山灰层和显微火山灰中,其主量、微量元素含量和特定的同位素组成能被电子、激光和离子探针技术准确测定。近源-远源玻璃化学成分的相互匹配,使得火山灰等时标志层得以在时间和空间上相互关联,构成有力的地层学工具,用以同步各类环境、考古和火山活动记录。近源火山沉积和远源火山灰层中的年龄信息得以实现交叉验证和整合。远源海洋、湖泊沉积中的相对年龄信息(氧同位素地层学,年纹层年代学)也为揭示火山活动、古环境变化和考古学事件的时间顺序提供了可能。火山灰年代学在地球科学中应用广泛,尤其是对于第四纪研究,其在同步各类记录从而评估火山活动、气候/环境变化和人类演化/迁移的因果关系中具有至关重要的作用。     

湖光岩玛珥湖火山灰的成分及其来源

湖光岩玛珥湖沉积物中的火山灰保存了其原始形貌、原生的沉积和成分特征,是进行岩芯沉积物对比和定年的理想材料之一。除了对火山灰进行常规的定年外,通过精确测定火山灰中玻璃碎屑(玻屑)的成分,并与已知时代的火山喷发物成分对比确定火山灰的年龄已成为火山灰年代学研究的重要领域之一,因为它能够区分年龄差别在同位素定年误差之内的数层火山灰。本文利用电子探针分析了湖光岩玛珥湖岩芯火山灰中玻屑的成分,经与全球年龄已知火山喷发物的成分对比和分析,认为该火山灰的年龄为74000aB.P.,在此基础上,讨论了湖光岩玛珥湖岩芯74000aB.P.以来沉积速率的变化趋势。     

月壤及模拟月壤微观结构的研究

为了对比研究月壤与模拟月壤的微观结构,介绍了月壤的形成作用过程和5种基本颗粒类型;通过真实月壤照片,对月壤微观结构进行了分析;利用火山灰为模拟月壤主体材料,对其成分进行了检测;对模拟月壤的火山灰颗粒进行了显微图像分析试验。结果表明,月壤存在胶结物微观颗粒,胶结物颗粒具有分支的组织形态和封闭的气泡,并且有金属铁珠存在;火山灰所含的主要成分及含量与月壤相似,经过粉碎的火山灰试样棱角较为明显,其纵横比峰值略小,稍显长条状,但与月壤比较相近,而复杂度因子则略有欠缺,说明颗粒还不够粗糙和多棱     

不同颗粒级配的某火山灰的力学性质试验研究

以吉林省靖宇县的红色火山灰为原材料,配制了5种不同级配的试样,通过比重、直剪和一维压缩试验测试了该火山灰材料的相对密度、剪切强度、压缩性等物理与力学特性,分析了颗粒级配对该火山灰的剪切和压缩力学特性的影响,为该材料的进一步应用提供参考。试验发现,所配制的火山灰试样的剪切特性与干砂土的抗剪性质类似,压缩特性都属于中压缩性土。     

火山灰增强微生物固化砂土效果的试验研究

为了提升微生物固化砂土的效果,考虑火山灰的多孔结构及活性特征,设计进行了火山灰增强微生物诱导碳酸钙沉淀（MICP）固化砂土试验,综合宏观物理力学试验和微细观检测,系统分析了火山灰对微生物固化砂土的增强效果及增强机制。结果表明：（1）火山灰能够显著提高砂土微生物加固过程中的固菌率和胶结物产量,火山灰掺量在10%左右达到最佳,与常规MICP相比,固菌率提高了118.28%,胶结物生成量提高了29.55%。（2）火山灰的掺入提高了固化体的抗压强度和抵抗变形的能力,不同围压下固化体的抗压强度提升了52.26%～62.96%,破坏时的应变增加了100.00%～112.58%。（3）火山灰掺入后,固化体的孔隙大小及孔隙率明显减小,整体的密实性及抗渗性能进一步提升,孔隙率从20.12%减小为14.17%,渗透系数降低了一个数量级。（4）火山灰对微生物固化砂土的增强机制主要包括3个方面,一方面,火山灰在砂颗粒间起到了良好的充填作用,大幅减少了颗粒间的大孔隙,使得固化体的密实性增强;另一方面,火山灰良好的吸附作用有效提高了试样内细菌的含量,使固化体碳酸钙的产量及分布的均匀性均增加;第3方面,火山灰中的活性物质参与反应生成的胶凝物质与碳酸钙晶体形成复合凝胶体,使得固化体的胶结性能和密实程度进一步增强。     

基于FY-3A遥感数据的冰岛火山灰云识别

2010年4月至5月期间冰岛艾雅法拉火山喷发造成了欧洲航空业史无前例的瘫痪以及巨大的经济损失,其严重影响再次显示,对火山灰云进行有效监测的重要性。火山灰云是由火山碎屑物及气体组成的混合物,火山碎屑物主要由直径小于2mm的岩石、矿物、火山玻璃碎片组成,火山灰云中的气体主要包括水汽、CO2、SO2、H2S、CH4、CO、HCL、HF、HBr、和NOx等。使用具有我国自主知识产权的FY-3A/VIRR数据,对此次艾雅法拉火山喷发的不同阶段选取具有典型风向变化的日期,采用分裂窗亮温差算法(SWTD)、RGB真彩色方法、中红外波段数据等进行火山灰云的识别,并将结果与冰岛地区的火山灰监测报告以及前人的研究结果进行对比研究,结果表明:火山喷发初期火山灰云中较高含量的水汽会补偿反面吸收的影响,妨碍分裂窗亮温差算法(SWTD)对火山灰云的识别,而中红外波段数据因对高温物体的敏感性,不受水汽的影响,对喷发初期较高温度的火山灰云识别效果较好;在喷发中期,火山灰云浓度较大时三种方法均表现良好,卫星图像中火山灰云的位置信息及漂移方向均非常清晰,且同气象条件相吻合,验证了识别方法的正确性。该项结果表明,具有我国自主知识产权的FY-3A数据能够达到监测火山灰云的目的,而如何更加清晰地界定火山灰云的边界位置以及更加准确的计算出火山灰云的浓度需要进一步的深入研究。     

桂西铝土矿中火山灰特征及其地质意义

岩溶型铝土矿中火山物质参与成矿的直接证据需要进一步明确。通过线路调查和剖面研究，在桂西大范围内的铝土矿及其早期的铝土质岩中观察到大量的火山灰，含量大于30%；火山灰种类有岩屑、晶屑、玻屑和火山尘，塑性—半塑性变形及刚性爆裂显著，自由降落为主，属原地—准原地沉积；火山灰易于分解为水铝石、高岭石、赤铁矿等微细矿物，屑状火山灰相对尘状火山灰更易于矿化，大量火山灰主要以直接铝土矿化作用成矿。元素地球化学特征显示铝土矿和铝土质岩具有亲岩浆性，不活动元素图解判别及铝土矿测年数据显示火山灰原岩浆以碱性玄武岩为主，与岛弧火山岩一致，主要来自于哀牢山—松马造山带的二叠纪岛弧，铝土矿层具有穿时性，部分火山灰可来源于峨眉山火成岩。铝土矿层中的火山灰丰富，跨度长，可能是瓜德鲁普世末生物灭绝的肇凶。     

煤系地层中火山灰蚀变粘土研究综述

世界各地和各时代煤层中火山灰分布十分广泛,对其研究不仅对煤层的对比、古环境和古地理方面有重要的理论意义,而且在煤矿和高岭石矿床勘探方面也有重要的实际意义。文章对近年来煤系地层中火山灰的时空分布、蚀变矿物组成、结构特征及化学特征和源区岩浆性质等方面的研究成果进行了综述,并指出了利用微量元素判别火山灰来源及构造背景时应注意的问题。     

Identification and significance of a visible,basalt‐rich Vedde Ash layer in a Late‐glacial sequence on the Isle of Skye,Inner Hebrides,Scotland

This paper reports the discovery of a visible, tephra horizon of Late‐glacial age from the site of Loch Ashik in the Isle of Skye, the Inner Hebrides, Scotland. Although the tephra shards have a bimodal geochemical composition identical to that of the Vedde Ash (a well known marker horizon within Late‐glacial sequences. The horizon at Ashik is dominated by basaltic shards and devitrified tephra shards, giving the layer its characteristic black colour. Only rhyolitic shards have previously been reported from Vedde Ash horizons in the British Isles. This new evidence raises some important questions about the factors that govern the distribution and accumulation of basaltic tephra, and about the methods used to detect ash shards in basins distal to centres of volcanic activity. Copyright © 2001 John Wiley & Sons, Ltd.     

Extending the limits of the Borrobol Tephra to Scandinavia and detection of new early Holocene tephras

Analyses of two infilled lakes in Blekinge, southeast Sweden, indicate the presence of at least three tephra horizons of Termination 1 and early Holocene age. Geochemical analyses confirm the presence of the Borrobol Tephra, the Askja Tephra (10,000 ¹⁴C yr B.P.), and one previously unreported tephra of Icelandic origin. Extending the limits of the Borrobol Tephra to Scandinavia illustrates that this ash is far more widespread than previously realized and is therefore, an important marker horizon for determining the rate and timing of the initial warming at the start of Greenland Interstade 1 (GI-1) within Europe. The relatively unknown Askja Tephra and the newly discovered Hässeldalen Tephra are stratigraphically placed at the Younger Dryas/Preboreal transition. This paper demonstrates the suitability and success associated with the extraction techniques for tracing microtephra horizons in areas distal to volcanic sources.     

An Exceptionally Thick Middle Pleistocene Tephra Layer from Epirus, Greece

A newly recognized 2-m-thick trachytic volcanic ash deposit from northwestern Greece is dated at 374,000 ± 7000 yr and correlated with the Middle Pleistocene volcanic activity of central Italy. The deposit represents ash fallout from one of the largest volcanic eruptions in Europe of the past 400,000 yr and should provide an important stratigraphic marker within the poorly dated Middle Pleistocene deposits of Italy and Greece.     

江苏三处旧石器遗址中发现的火山玻璃

火山灰年代学是判断第四纪沉积物年龄的有效手段。文章报告在江苏三处旧石器遗址（和尚墩、放牛山和将军崖）上部堆积中发现的火山玻璃及初步研究结果。和尚墩遗址的火山玻璃主要出现在两个层位: 上层距地表约45cm,火山玻璃的水合层很薄,年代有可能晚于K Ah火山（7.3ka）;  下层距地表约70cm,火山玻璃的水合过程已经完成,时代稍老,大致与日本晚更新世火山同期,至少相当于AT火山,年代等于/大于25ka。遗址中的火山玻璃分为pm型和bw型。形态、屈折率及微量包含物的研究表明,火山玻璃的来源可能与日本的火山喷发无关。江苏旧石器遗址中发现的火山玻璃对判断中国东部地区更新世沉积物时代以及埋藏其中的旧石器遗存年代具标志意义。     

滇东黔西晚二叠世煤系中火山灰蚀变粘土岩的元素地球化学特征

对滇东?黔西晚二叠世煤系中同沉积火山灰蚀变粘土岩夹矸?正常沉积粘土岩和煤层共采46件样品,用多种仪器分析方法测定微量元素30余种?研究表明,煤系各层段中赋存的夹矸是由性质不同的火山灰沉积蚀变形成的,各层夹矸的微量元素含量及组合关系各有特点并在较大范围内保持良好的稳定性,可用于判定层位;正常沉积粘土岩与夹矸的原始物质性质不同,其微量元素含量和组合面貌各有自己特定的分布范围,两者易于区别?     

First evidence of a distal early Holocene ash layer in Eastern Mediterranean deep-sea sediments derived from the Anatolian volcanic province

A hitherto unknown distal volcanic ash layer has been detected in a sediment core recovered from the southeastern Levantine Sea (Eastern Mediterranean Sea). Radiometric, stratigraphic and sedimentological data show that the tephra, here termed as S1 tephra, was deposited between 8970 and 8690 cal yr BP. The high-silica rhyolitic composition excludes an origin from any known eruptions of the Italian, Aegean or Arabian volcanic provinces but suggests a prevailing Central Anatolian provenance. We compare the S1 tephra with proximal to medial-distal tephra deposits from well-known Mediterranean ash layers and ash fall deposits from the Central Anatolian volcanic field using electron probe microanalyses on volcanic glass shards and morphological analyses on ash particles. We postulate a correlation with the Early Holocene ‘Dikkart?n’ dome eruption of Erciyes Da? volcano (Cappadocia, Turkey). So far, no tephra of the Central Anatolian volcanic province has been detected in marine sediment archives in the Eastern Mediterranean region. The occurrence of the S1 tephra in the south-eastern part of the Levantine Sea indicates a wide dispersal of pyroclastic material from Erciyes Da? more than 600 km to the south and is therefore an important tephrostratigraphical marker in sediments of the easternmost Mediterranean Sea and the adjacent hinterland.     

Minerals formed and mineral formation from volcanic ash by weathering

Weathering of volcanic ash and pumice is unique regarding minerals formed and mineral formation. These minerals include allophane, imogolite, opaline silica and some halloysites, and have distinctive structures and properties. Studies on the surface and subsurface weathering of various volcanic ashes in different settings are reviewed. This review illustrates that relatively rapid weathering of finely comminuted volcanic ash well reflects the effects of climate, vegetation and time, and produces various combinations of weathering products. The moisture regime, the nature and amount of organic matter incorporated, the deposition of volcanic ash as overburden, and the chemical and mineralogical composition of parent ash are important in controlling the mineral formation in weathered volcanic ash.     

Comparing the activity of aluminum in two B horizons developed from volcanic ash deposits in Japan, dominated by short-range ordered aluminosilicates and crystalline clay minerals, respectively

Mechanisms controlling the activity of free aluminum (Al) in Bw1 horizons of soils developed from volcanic ash deposits in Japan were investigated by means of acid-base titrations and kinetic studies. In a Bw1 horizon, with a high content of acid-oxalate extractable Al, soil solution reached equilibrium with short-range ordered aluminosilicates in the order of days. Relatively fast kinetics of the release and precipitation of Al and Si indicate a high reactivity of short-range ordered aluminosilicates in the soil. In the Bw1 horizon of an adjacent soil, with a high content of crystalline clay minerals like halloysite and interlayered vermiculite, solution remained well undersaturated with respect to short-range ordered aluminosilicates and aluminum hydroxide. Apparent equilibrium with respect to halloysite occurred after more than 30 days. This halloysite ( (25 °C)) has a solubility that is less than that reported in the literature ( (25°C)). Our findings suggest that different reactive aluminosilicates may control the activity of free Al in sub-surface horizons of volcanic ash soils with different mineralogy.