文丨凌乱的毛笔头
编辑丨凌乱的毛笔头
前言
成层火山两侧的山体滑坡会显著改变火山的结构，决定火山沉积物稳定性的宏观因素已广为人知，但颗粒之间的微观相互作用及其对沉积物凝聚力的影响仍知之甚少，沉积物凝聚力与粒子间相互作用的能量有关，其计算取决于喷发物质的表面性质。
是对来自不同构造环境的火山物质的表面特性进行初步比较分析，包括电和热力学成分，并计算不同环境下粒子之间的总相互作用能状况，从六座活的火山流特征中获得的喷发物质样本，结果表明，火山之间的沉积物凝聚力各不相同，并且会随着介质的pH值而急剧变化。
沉积物凝聚力和粘附力
火山系统中pH=3的粘性物质最多，而pH=8的粘性物质最少，微观电学和热力学性质在火山沉积物的稳定性中发挥作用，并证实需要在该领域加大研究力度。
火山之间的沉积物凝聚力各不相同，并且会随着介质的pH值而急剧变化，微观电学和热力学性质在火山沉积物的稳定性中发挥作用，并证实需要在该领域加大研究力度。
火山结构复杂，由未固结的喷发沉积物形成的山体滑坡构成了重大的自然灾害，特别是在强降雨会导致土壤滑动的地方，减轻这些地区的滑坡灾害需要透彻了解火山土壤在静态和动态条件下的行为，火山沉积物的凝聚力和稳定性取决于环境条件及其化学性质。
土壤的微观结构由不同颗粒之间的粘附力，化学基团的吸收，相似物质之间的凝结以及不同物质之间的异凝结决定，也就是说，火山沉积物在宏观层面的凝聚力和稳定性直接取决于形成它的喷发物质的微观表面特性。
热力学表面矿物学和晶体结构
表面特性的分析和固液界面的研究在应用胶体科学的广泛问题中很重要，粘附性和内聚性在很大程度上取决于材料的电性能和表面自由能，粒子-水界面的电荷产生以及热力学表面特性与粒子表面的化学基团有关。
这些基团的产生取决于材料的化学性质，包括矿物学和晶体结构，以及火山灰与喷发羽流中的气体或气溶胶相互作用的历史，火山环境经常会经历大量降雨，从而冲刷沉积物。
热液过程和气体排放会沉积大量盐分，重金属和其他物质，这些过程会影响材料的表面物理化学性质，并可促进火山玻璃的溶解和浸出，这导致离子介质和沉积物pH值的改变，这将对沉积物的内聚力和疏水性或亲水性程度产生影响，从而调节它们的保水能力和火山结构的稳定性。
悬浮物质的表面物理化学性质
火山灰的表面特性进行初步比较研究，确定这些特性以解释悬浮物质在水溶液中的絮凝，吸附，润湿现象和流变特性，来自六座具有不同化学特性的不同活火山的火山灰样品的电学和热力学性质，沉积物的凝聚力与环境条件的关系。
使用S4PioneerPriorXRF分析整个岩石样品的成分，用蒸馏水洗涤并在343°K的温度下晾干48小时以上，玛瑙研钵粉碎以确保均匀的质地和粒度分布，液压机压成片剂形式。
两个广泛地质构造环境中的六座火山的灰烬样本数据：弧后俯冲，裂谷相关和埃特纳火山，和板内，ElHierro其中四个岛屿和七个小岛与洋壳和过渡区域下方的热点相连，该岛的地质历史已由不同的作者描述，该岛正在经历其主要结构的持续崩溃，山体滑坡频繁发生且规模较大。
火山灰颗粒电学和热力学性质
只有火山灰颗粒的电学和热力学性质进行了系统测量，或计算了它们之间的静电相互作用能，恒定离子强度下针对不同pH值获得，喷发材料在所研究的整个pH范围内都带有负电荷。
使用电泳迁移率获得了类似的结果和其他电动技术，包括流势电位的负值可归因于其表面*能官**团的性质，主要是二氧化硅上的*能官**团，分析来自火山喷发的样品，涵盖一系列二氧化硅含量，可以解释二氧化硅负电荷的主要机制是四面体在玻璃或矿物表面的断裂键。
产生Si-OH基团，其零电荷点约为2二氧化硅会去质子化，玻璃矿物边缘的负电荷会逐渐增加，样品表面具有各种*能官**团和不同的零电荷点，在给定pH值下测量的总zeta电位反映了所有去质子化的总和和质子化基团。
具体取决于特定的样品组成在酸性pH水平下，观察到软铁矿对于最低值，ξ为正，可能反映了其较低的SiO 2含量质子化，辉石是构成软玉样品的矿物之一。在这些pH条件下，细颗粒之间的电排斥力是本研究中确定的最低值。
延伸盆地复杂的过程
新鲜外观和极少固结的灰质层级，Balcells和Gomez将这种非常细粒度水平的存在与脉冲或岩浆相联系起来，这些脉冲或岩浆相与西北山脊峰顶周围的纯岩浆单基因喷发有关。
东海岸的一座高度活跃的火山，产生中间岩浆和基性岩浆，地质历史显示重叠的火山锥和大型山体滑坡的证据，用于分析的样品形状和大小均一，可归类为玄武岩，样品显示出高孔隙率，具有大尺寸的相互连接的囊泡。
一座弧后火山位北部的海，它反映了俯冲裂谷盆地形成和盆地延伸的复杂过程，在最近几千年中，这座火山的特点是定期和低强度的喷泉式喷发，其间穿插着短时间的更具爆炸性的喷发，表明锥体的东北面有几个侧翼坍塌。
样品可归类为玄武岩，SEM显示样品缺乏囊泡，表明喷发方式温和，尽管构造环境不同，但埃特纳火山和斯特龙博利火山具有相似的地球化学特征，岩浆储存区通过巨大的断裂带相互连接。
沉积物颗粒的高凝聚力
随着pH值的增加，所有样品的绝对都会增加，这可能是由于颗粒表面基团的去质子化，这表明电成分对沉积物内聚力的贡献显然是排斥性的，这种排斥力的增加与pH值的增加成正比。
PicoDoFogo的绝对增加最大，而DeceptionIsland最小，这表明灰沉积物的内聚力会随着pH值的变化而急剧变化，并表明由于颗粒的高凝聚力，山体滑坡有可能发生大规模并产生影响沿海地区的海啸。
缓坡对应于更爆炸性喷发或排放量更大期间喷出的火山灰，在更碱性的pH值下，构成沉积物的颗粒之间的静电排斥力增加，因此内聚力应该最小，火山环境中常见的酸性pH值会降低颗粒之间的排斥力并有利于凝聚力。
火山完整的结构性决于粒子之间的凝聚力
当被持续的雨水冲刷时，pH值会变得不那么酸性，请记住雨水的典型pH值范围，这有利于排斥和内聚力的降低，火山结构的完整性部分取决于粒子之间的这种凝聚力，强降雨可能与山体滑坡和侵蚀程度增加有关。
从静电相互作用ElHierro的沉积物最稳定，这与埃尔耶罗岛经历过多次山体滑坡的事实相矛盾，虽然高度的凝聚力减少了小型滑坡的发生，但随着大面积的物质滑动在一起，它会促进大规模的滑坡，另一端是埃特纳火山，那里的矿藏更加分散，这与大型山体滑坡导致的大型间断点的缺乏是一致的。
沉积物的表面自由能反映了粒子之间的非静电相互作用，包括范德华力，氢键和结构相互作用，它还提供了有关材料的疏水性和亲水性的信息，并因此提供了有关保留水的能力的信息，这会增加重量成分并促进滑坡。
通过对色散分量的分析，PicoDoFogo的最高值，ElHierro的最低值，基于等式 5，随着γ LW的增加，色散相互作用在本质上越来越具有吸引力，固液界面处具有最有序的水分子结构。
Stromboli被发现具有亲水性，火山灰表面具有吸湿性，在环境条件下被单层吸附水覆盖来自的材料具有较低的亲水性，显示出本质上的疏水特性。
沉积物色散和非色散总和
沉积物提供了大量的水，尤其是在夏季，近年来，这种现象因气候变化而加剧，水重增加导致的山体滑坡不会对岛上基础设施构成重大风险，相比之下，沉积物具有高亲水性，表明保水能力大，水驱动山体滑坡的风险增加。
沉积物中颗粒之间的相互作用是电，色散和非色散贡献的总和，火山沉积物的凝聚力和稳定性反映了因素的综合作用，在预测宏观稳定性或陆地沉积物的流变行为时，不能孤立地采用单一。
尽管在不同粒子之间它可能是吸引的，消极的，甚至在这两个极端之间振荡，尽管电成分和极性成分都是排斥性的，但AB成分的作用距离较短，在电相互作用可忽略不计，pH值呈强酸性和离子力较高的情况下，它尤其具有决定性。
沉积物颗粒和电学热力学性质
火山沉积物中颗粒之间微观地表相互作用，对宏观过程的潜在影响，来自六个不同火山的少量样本，喷发材料的电学和热力学性质有助于确定沉积物的凝聚力。电学特性来自一系列不同火山环境的喷发物质在水溶液中都带有负电荷，反映出火山产物中含有大量二氧化硅成分。
ElHierro和Vulcano的凝聚力最强的，就表面自由能而言，一些沉积物是疏水性的，而其他沉积物是亲水性的，亲水性是最常见的特征。
沉积物凝聚力因火山而异，并且这种凝聚力会随着介质的pH值而急剧变化，在酸性pH值下，ElHierro材料的粘性最强，其次是Stromboli，Mt.Etna
结语
六座火山的少量样本，火山产生多种物质，即使在同一次喷发中也是如此，来自不同环境和不同年代的样本经历了巨大的喷发后变化，不能被认为是对任何给定火山的全面或预测微观电学和热力学性质对火山沉积物稳定性的重要性。
参考文献
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