stringtranslate.com

Иберулит

Рис. 1 Группа иберулитов, наблюдаемых под СЭМ. Стрелки показывают положение вихря.

Иберулиты — это особый тип микросферолитов (рис. 1), которые развиваются в атмосфере ( тропосфере ), в конечном итоге выпадая на поверхность Земли. Название происходит от Пиренейского полуострова , где они были обнаружены. [1]

Определение

Иберулит представляет собой коассоциацию [2] [примечание 1] с осевой геометрией, состоящую из четко определенных минеральных зерен вместе с некристаллическими соединениями, структурированную вокруг крупнозернистого ядра со смектитовой коркой, только одним вихрем и розоватым цветом (рис. 1-2), образованную в тропосфере в результате сложных взаимодействий аэрозоля , воды и газа.

Рис. 2 Вид нескольких иберулитов под оптическим микроскопом.

Форма

Эти микросферолиты в основном имеют сферическую форму (индекс округлости = 0,95) с модальным диаметром 60-90 мкм, хотя некоторые частицы могут иметь диаметр до 200 мкм. [3] Согласно этому индексу округлости, эти микросферулы на самом деле являются удлиненными сфероидами с двумя осями, определенными вдоль полярной плоскости и обычно представляющими собой углубление или вихрь. Присутствие растительных волокон в атмосфере может искажать эти формы и размеры. В любом случае, это необычные «гигантские» аэрозольные частицы.

Композиционные характеристики

Состав можно определить как с помощью рентгеновской дифракции (XRD), так и с помощью методов электронной микроскопии (в основном SEM, EDX, HRTEM). Разрезы показывают, что тело иберулитов можно разделить на ядро ​​и кожуру. Ядро в основном образовано зернами кварца , кальцита , доломита и полевых шпатов . Корка показывает глинистые минералы , в основном смектиты (бейделлит, монтмориллонит ) и иллит , а также сульфаты , хлориды и аморфный кремнезем . Последняя группа минералов может быть результатом новообразований в процессе созревания, происходящего в атмосфере на последних стадиях формирования иберулитов. Поразительно, что сульфаты появляются только на периферии иберулитов. [3] Полет над территориями с антропогенными или естественными (вулканическими, как на архипелагах Северной Атлантики) [примечание 2] выбросами серы, вероятно, адсорбирует SO 2 на поверхности иберулитов. Спуск в морской пограничный слой (MBL) [4] [примечание 3] атлантического побережья Иберии и Марокко приводит к включению морской соли и микроорганизмов. Иберулиты в конечном итоге падают на юге Пиренейского полуострова, где они были обнаружены.

Рис. 3 Выбросы и сухое/влажное осаждение аэрозолей.

Формирование

Географическое положение

Иберулиты пока были обнаружены только на юге Пиренейского полуострова. Это место географически близко к Северной Африке, и поэтому оно находится под влиянием выбросов сахарских аэрозолей, которые вносят наибольший вклад в глобальный пылевой баланс атмосферы [5] (рис. 3).

Рис. 4 Количество эпизодов выброса иберолита (pl= плюм, SA= область источника, RA= область приема).

Сахарские пылевые вспышки и иберулиты

Общее содержание аэрозолей в атмосфере южной части Пиренейского полуострова явно связано с эволюцией аэрозолей, прибывающих из Северной Африки. [6] Мониторинг осаждения сухих аэрозолей с использованием пассивных пробоотборников определил образование иберулитов в два периода года (рис. 4). Основной период осаждения происходит в течение всего лета, в то время как второй проявляется как незначительный пик в начале весны. Однако образование иберулитов более конкретно связано с выбросами пыли в Сахаре или пылевыми шлейфами (рис. 5), происходящими в течение этих двух определенных периодов. [6]

Рис. 5 Сахарское пылевое событие, произошедшее 15 августа 2005 года. Обратите внимание на изменение направления шлейфа в сторону залива Кадис.

Иберулиты и красные дожди

Рис. 6 Следы капель воды во время пылевого события в Сахаре.

Короткие эпизоды мокрого осаждения (точнее, красные дожди) наблюдались [6] во время вспышек пыли в Сахаре в период 2004-2013 гг. Мониторинг этих эпизодов привел к получению последовательности ударов капель (рис. 6), соответствующей 6 июня 2012 г. Эта последовательность началась бы с образования более или менее богатых аэрозолем капель воды (или капель-предшественников воды [7] ) (рис. 6A). Содержание аэрозоля вместе с растворенными солями (обнаруженными в этой последовательности как беловатые или блестящие осадки) постепенно увеличивалось, в конечном итоге образуя хорошо выраженный иберулит после высыхания (рис. 6E). Прохождение этих вспышек пыли в Сахаре над местом исследования имело общую среднюю продолжительность пять дней (рис. 7). Во время этого перехода было отмечено, что центральный день представлял самые высокие температуры воздуха и содержание PM 10 и PM 2.5 (PM 10 >PM 2.5 ), тогда как относительная влажность воздуха (RH) уменьшалась. Таким образом, была установлена ​​связь между ежемесячным числом эпизодов иберулита и содержанием PM 10 -RH, которая определила, что чистая атмосфера (<5 мкг•м-3) с RH>65% не представляет подходящих условий для образования иберулита. [6]

Этапы формирования иберулитов

Рис. 7 Временная динамика твердых частиц / Временная динамика относительной влажности (RH) и температуры.

Иберулиты связаны с эволюцией высокопылевых воздушных масс (шлейфов), которые, зарождаясь в пыльных бурях Сахары, переносятся над Пиренейским полуостровом и часто через восточную часть Северной Атлантики. Эти шлейфы возникают в теплое время года (с мая по сентябрь) в результате антициклонической активности, влияющей на Пиренейский полуостров, и только спорадически весной. На основе связи между иберулитами и красными дождями, а также морфологии и наблюдаемых композиционных характеристик была предложена гипотеза водной интерфазы как единый механизм тропосферного образования иберулитов. [1] [3] [6] Взаимодействие между каплями воды и аэрозолями Сахары создает сложные гидродинамические условия [7], вызывая возможность столкновений (захват следа и захват фронта) [примечание 4] , которые порождают «предшествующие капли воды» иберулитов. [1] [3] [6] Движение этих капель воды в нижние уровни тропосферы подразумевает одновременные или последовательные процессы, такие как коалесценция, образование вихря и нисходящий поток. В течение этой фазы иберулиты приобретают сферическую форму и внутреннюю структуру (ядро и кожура), хотя иногда эта форма может быть искажена.

Существует дополнительный процесс атмосферного созревания иберулитов, который, в деталях, происходит только на смектитовой корке, посредством гетерогенных и многофазных реакций [примечание 5], производящих сульфаты в результате атаки H 2 SO 4 на минералы корки. Это привело бы к быстрому преобразованию некоторых первичных минералов в продукты атмосферного новообразования [примечание 6] вторичные минералы): сульфаты (в основном гипс ) были бы продуктом атаки H 2 SO 4 на межслоевые катионы смектитов, что постепенно разрушало бы октаэдрические и тетраэдрические [примечание 7] слои филлосиликатов, создавая смешанные сульфаты.

Алунит - ярозит, обнаруженный в смектитовой корке, имел бы похожее происхождение. Если кислотная атака будет продолжаться, зерна филлосиликата будут полностью разрушены, образуя аморфный кремнезем и высвобождая железо . Поскольку биогенные экзоскелеты не имеют признаков коррозии , они должны были быть включены после описанной выше кислотной атаки, вероятно, одновременно с включением морской соли.

Смотрите также

Примечания

  1. ^ Совместная ассоциация : гетерогенная смесь реактивных минеральных фаз. Эти сложные ассоциации обычно образуются в природе и характеризуются большой площадью поверхности, низким содержанием фаз оксигидроксидов металлов и органических материалов, которые действуют как цементирующие агенты или поверхностные покрытия выдающихся минеральных зерен [2] .
  2. ^ Вулканические выбросы серы : выбросы серы и других газов в атмосферу из недр Земли происходят вблизи вулканических областей. Эти выбросы могут происходить как из-за явно видимых (взрывных) извержений, так и из-за диффузных (или спокойных) выбросов, и нет настоящего консенсуса относительно относительной важности последних. В настоящее время подводные вулканические выбросы происходят в срединно-океанических хребтах , а также как внутриплитный вулканизм ( горячие точки ); субаэральный наземный вулканизм связан с разрушительными краями плит Конвергентная граница , Тектоника плит , ( вулканические дуги над зонами субдукции ).
  3. ^ Морской пограничный слой : определяется как часть тропосферы, на которую непосредственно влияет присутствие поверхности океана. Он реагирует с небольшой суточной изменчивостью, имеет толщину 1–2 км (макс. 3 км), имеет низкое отношение Боуэна и значительное волновое состояние. Морской пограничный слой (MBL) над океанами Земли играет решающую роль в регулировании потоков поверхностной энергии и влаги и в контроле конвективного переноса энергии и влаги в свободную атмосферу [4] .
  4. ^ Захват следа : Это режим аэродинамического захвата капли, падающей в атмосфере. Большая капля, оседающая через более мелкие капли, выметает объем, а их гидродинамические поля течения мешают сбору аэрозолей/капель с некоторой эффективностью следом, в зависимости от размера капель и размера аэрозолей, будучи наиболее эффективным для больших и гигантских аэрозолей из-за высокой конечной скорости и площади поперечного сечения [4] .
  5. ^ Многофазные реакции : они относятся к реакциям, в которых участвуют компоненты в разных фазах, и представляют собой комбинацию одновременного изменения фаз и превращения одних материалов в другие. Общая многофазная реакция генерирует три класса потоков: источники массы компонентов, межфазный перенос массы, межфазный перенос энергии.
  6. ^ Новообразование : это образование новых минеральных видов из ранее существовавших посредством изменения условий окружающей среды. Новые минералы, полученные таким образом, поэтому стабильны в новых условиях.
  7. ^ Тетраэдрические, октаэдрические и межслойные листы : Основной структурной особенностью филлосиликатов является стопка из трех типов слоев: тетраэдрический лист образован тетраэдрами SiO 4 , и каждый тетраэдр делит три своих вершинных атома кислорода с другими тетраэдрами, и в котором Al может замещать до половины Si. Октаэдрический лист образован катионами Al, Fe и Mg в шестикоординационной связи с анионами O и OH. В зависимости от состава тетраэдрических и октаэдрических листов слой будет не иметь заряда или будет иметь чистый отрицательный заряд. Если слои заряжены, этот заряд уравновешивается межслойными катионами, такими как Na + или K + . В каждом случае межслойный слой может также содержать воду. Кристаллическая структура образована стопкой слоев, разделенных межслоями.

Ссылки

  1. ^ abc Диас-Эрнандес, JL (2000). Апортационное оборудование создано в атмосфере, предназначенной для лесного пожара в Средиземноморье. Estudios Geológicos , 56 : 153–161.
  2. ^ ab Berstch PM и Seaman JC (1999). «Характеристика сложных минеральных ассоциаций: последствия для переноса загрязняющих веществ и восстановления окружающей среды». Труды Национальной академии наук США , 96 : 3350–3357
  3. ^ abcd Диас-Эрнандес, Х.Л. и Паррага (2008) «Природа и тропосферное образование иберулитов: розоватые минеральные микросферолиты». Geochimica et Cosmochimica Acta , 72 : 3883–3906.
  4. ^ abc Kloesel, KA и Albrecht, BA (1989). «Низкоуровневые инверсии над тропической частью Тихого океана. Термодинамическая структура пограничного слоя и структура влажности над инверсией». Monthly Weather Review , 117 : 87-101
  5. ^ Танака TY и Чиба М. (2006). Численное исследование вкладов регионов-источников пыли в глобальный бюджет пыли. Global Planetary Change 52, 88-104, «[1]»
  6. ^ abcdef Диас-Эрнандес Дж. Л. и Санчес-Навас А. (2016). Сахарские пылевые вспышки и эпизоды иберулита. Журнал геофизических исследований: Атмосферы 121, 7064-7078, https://doi.org/10.1002/2016JD024913
  7. ^ ab Pruppacher HR и Klett JD (1997). Микрофизика облаков и осадков (2-е изд.). Дордрехт: Kluwer Academic Publishers. 954 стр. ISBN  0-7923-4211-9

Внешние ссылки