Ученые обсерватории рассказали, как берут пробы газов в Йеллоустоуне

Ученые США постоянно следят за ситуацией в районе одного из самых больших супервулканов в мире Йеллоустоуна. За активностью исполина ведет наблюдение целая одноименная вулканическая обсерватория. Помимо сейсмической активности, ученые наблюдают за состоянием газов, и для отбора проб этих газов геохимики используют сложные инструменты. О них появилась статья на сайте Геологической службы США (USGS).

Пузырьки газа проходят через пробоотборник, содержащий щелочной раствор, что позволяет разделить различные газовые фазы. Фото — Deb Bergfeld, USGS

Эти газы выходят из-под поверхности в виде белого пара из гейзеров, горячих источников, дымящейся земли, пузырящихся бассейнов и фумарол. Углекислый газ, сероводород, метан, азот и гелий бесцветны, но большая их часть определяется, в первую, очередь запахом, пузырями через воду и влажную почву. Сероводород издает характерный запах тухлых яиц.

Газы не только обеспечивают некоторые из наиболее интересных туристических особенностей бассейнов гейзеров, они также могут дать важную информацию о состоянии вулканической активности Йеллоустоуна. Например, измерение скорости, с которой газы выделяются из вулканической системы, их химического состава и того, как эти факторы меняются с течением времени, может обеспечить раннее предупреждение о том, когда магма входит в глубокую кору Земли, и ее последующее движение вверх к поверхности.

Титановая трубка, используемая для сбора газа из фумаролы возле пика Лассен, Калифорния. Фото — Deb Bergfeld, USGS

Важно отметить, что информация, которую можно почерпнуть из пробы газа, настолько хороша, насколько хороша сама проба. Поэтому ученые должны найти способы сбора качественных проб газа с минимальным загрязнением атмосферой и оборудованием для отбора проб. Поскольку тепловые зоны создают ряд динамических и опасных условий, таких как горячие и коррозионные жидкости и газы, а также горячая и нестабильная почва, ученые должны тщательно оценить, можно ли безопасно приблизиться к объекту, и если да, то какой тип оборудования потребуется при взятии качественного образца для лабораторного анализа.

В основе оборудования для отбора проб лежит стеклянная бутылка с краном, из которого откачивается воздух перед полевыми работами. Предварительно откачанный сосуд для проб может также содержать щелочной (с высоким pH) раствор, в котором растворяются кислые газы, такие как углекислый газ и сероводород, и облегчается конденсация пара. Это приводит к обогащению нереактивных газов, таких как гелий, в свободном пространстве баллона над щелочным раствором.

То, как газ улавливается в пробоотборный сосуд без загрязнения из атмосферы, зависит от характеристик отбираемого теплового элемента. Коррозионно-стойкое устройство используется для отвода газов по мере их выхода из теплового элемента, например, титановая трубка, вставленная в фумаролу, или перевернутая пластиковая воронка, помещенная на поверхность бассейна или частично закопанная в землю. Улавливаемым газам позволяют проходить через трубку, соединяющую это устройство с закрытой пробоотборной бутылкой до тех пор, пока весь ранее существовавший воздух не будет удален из установки. На некоторых участках могут использоваться длинные трубы и малярный столб, чтобы обеспечить возможность отбора проб на безопасном расстоянии от теплового элемента.

Как только поток газа улавливается, установка очищается от воздуха и открывается запорный кран баллона с пробой, позволяя газу поступать внутрь и конденсироваться пару. Чтобы способствовать конденсации пара и препятствовать кипению щелочного раствора во время процесса отбора проб, который может занять до 30 минут, бутыль для образца часто охлаждают с помощью холодной влажной ткани. После завершения отбора проб бутылки тщательно упаковываются и отправляются в лабораторию, где будет выполнен следующий шаг на пути к предоставлению важной информации для мониторинга вулканической системы Йеллоустона.

За последние несколько десятилетий пробы газов были взяты из всех основных термальных зон Йеллоустоуна, что позволило лучше понять типы и количество газов, выбрасываемых из разных зон парка. Эти данные имеют решающее значение не только для мониторинга вулканов, но и для лучшего понимания внутреннего устройства Земли.

Перевернутая воронка, соединенная с трубкой из термопласта, используемой для сбора газа из бассейна с горячими источниками возле пика Лассен, Калифорния. Фото — Deb Bergfeld, USGS
Автор: Анна Беляева

Мы в соцсетях