Высокая концентрация первичной серной кислоты (H2SO4) в фумаролических газах и высокая интенсивность выбросов аэрозоля серной кислоты в выбросах были измерены на вулкане Безымянный - действующем куполообразующем андезитном вулкане в центральной Камчатке. Используя прямой отбор проб, отбор проб через фильтр и дифференциальную оптическую абсорбционную спектроскопию, было оценено среднее значение эмиссии H2SO4 на уровне 243 ± 75 т/день в дополнение к среднему уровню эмиссии SO2 212 ± 65 т/день.
Фумаролические газы Безымянного соответствуют дуговым газам, выделяемым несколькими магматическими телами на разных стадиях дегазации и содержат 25-92% увлеченного воздуха. На долю H2SO4 приходится 6-87 мольных% общего содержания серы, в среднем 42,8 мольных%, остальное - SO2. Высокий уровень H2SO4 в безымянных фумаролах объясняется каталитическим окислением SO2 внутри вулканического купола. Поскольку сульфатный аэрозоль невозможно измерить дистанционно, общее содержание серы в шлейфе, содержащем значительное количество H2SO4, может быть серьезно недооценено.
Диоксид серы SO2 является вторым или третьим по численности компонентом и основным компонентом серы в высокотемпературных вулканических газах. Отличительный спектр поглощения от 280 до 320 нм и низкие фоновые концентрации в атмосфере позволяют проводить дистанционные наземные и спутниковые спектроскопические измерения потоков SO2 из вулканов.
Такие непрерывные и дискретные измерения в настоящее время регулярно проводятся во всем мире для мониторинга вулканической деятельности и оценки геохимического и экологического воздействия дегазации вулканов.
Потоки H2O, CO2, HCl и некоторых других компонентов могут оцениваться дистанционно с помощью инфракрасных спектрометров с открытым контуром преобразования Фурье (FTIR) или с помощью комбинации данных потока SO2, полученных с помощью дифференциальной оптической спектроскопии поглощения (DOAS) с данными о составе газа, полученными мультигазовыми датчиками, прямыми пробами или фильтрами.
Помимо SO2, вулканический газ может содержать серу во всех возможных состояниях окисления от 2 до +6, в зависимости от температуры, давления, условий окисления магмы, взаимодействия газо-пород и возможного поступления атмосферного воздуха.
Первичные газы, выделяющиеся из магмы, имеют низкую летучесть кислорода, близкую к Ni-NiO буферу, т.е. они восстановлены. Соотношение SO2/H2S газа, высвобождающегося из магмы или лавы, уменьшается при охлаждении в квазизакрытых условиях и увеличивается вследствие разгерметизации газа во время дегазации.
При отсутствии прямого увлечения воздуха смешение с паром метеорита, даже в пропорции 1:1 с паром магматическим, не изменяет существенно SO2/ H2S, поскольку окислительно-восстановительная способность пара вулкана с 2-3 молочными % видов серы достаточна для потребления O2 с концентрацией в паре метеорита ~ 5 - 104 мол. %.
При температуре >500C равновесные концентрации других видов, кроме SO2 и H2S, являются низкими и не претерпевают значительных изменений при увеличении количества метеоритных паров.
Однако при добавлении чистого воздуха в вулканический газ резко меняются окислительно-восстановительные условия, главным окислителем становится кислород, меняется равновесный состав сернистых видов: Пары SO3 и H2SO4 становятся основными компонентами серы.
Значительное количество воздуха захватывают вулканические газы через трещины горных пород. Кислород воздуха окисляет S(IV) до S(VI), но реальное выделение серы для богатых воздухом фумаролических газов плохо ограничено из-за трудностей процедуры отбора проб. Баллоны Giggenbach не могут использоваться для прямого отбора проб богатых воздухом газов.
Мультигазовые датчики позволяют измерять SO2 в разбавленных газо-воздушных смесях, но не реагируют на пары и аэрозоли SO3/H2SO4. Двумя полезными методами являются ловушки для пузырьков со щелочным раствором и фильтровальные пакеты, и комбинация фильтра с трубчато диффузионными пробоотборниками.
Эти методы не позволяют проводить точные измерения содержания серы в газе из-за возможного окисления ионов HS и SO3 2 в растворе или на фильтре в присутствии воздуха. Однако фильтровальные пакеты разделяют твердые частицы (в основном сульфаты) и газообразные (в основном SO2) формы серы. Избыток ионов SO4 2 в щелочных ловушках вулкана Колима составил значительную долю.
Хотя это может быть связано с наличием H2SO4 в газах Колимы, окисление сульфитного иона SO3 2 в щелочном растворе, очевидно, происходило, заслоняя реальные концентрации серной кислоты в газе. Сульфитный ион может легко окисляться в щелочном растворе, особенно в присутствии ионов переходных металлов.
Такие переходные металлы (Fe, Co и Cu) доступны непосредственно из фумаролических газов на дегазирующих куполах, включая Безымянный.
Сообщается, что первичный сульфатный аэрозоль, выбрасываемый непосредственно из вулканического отверстия, выделяется для нескольких вулканов.
В Масайе (Никарагуа) массовое соотношение фаза/аэрозоль внутриплюма для серы составляло в среднем 458 при низкой абсолютной концентрации сульфата твердых частиц на уровне ~ 0,1 мг/м3.
Примерно такое же низкое содержание сульфата твердых частиц было измерено в шлейфе Этна. Менее 0,1% SO2 было окислено до сульфата в шлейфе после извержений горы Редут в 1990 году.
Сульфатная аэрозольная фракция в шлейфах Ласкар и Вильяррика (Чили) составляла 1-2% от общего содержания серы или 0,08-0,5 мг/м3 . Аналогичные количества сульфатного аэрозоля (0,006-0,2 мг/м3 ) были измерены в выбросах из близлежащих источников на вулканах и Стромболи в Италии.
И Колима, и Суфриер Хиллз, как и Безымянный, являются вулканами с активными экструзионными куполами.
