Изучение химического состава наночастиц пепла вулканов Камчатки

Abstract

Обобщены результаты изучения состава и свойств наночастиц пепла вулканов Ключевской, Толбачик, Кизимен и Шивелуч (Камчатка, Россия). Показано, что концентрация токсичных и потенциально токсичных металлов и металлоидов (Ni, Cu, As, Se, Ag, Cd, Sn, Te, Hg, Tl, Pb, Bi) в наночастицах вулканического пепла может в 10–535 раз превышать их концентрацию в исходных полидисперсных образцах. Для наиболее летучих элементов, таких как As, Te, Hg и Bi, выявлены самые высокие коэффициенты концентрирования в диапазоне 100–535. На основании данных, полученных с помощью метода масс-спектрометрии с индуктивно-связанной плазмой в режиме анализа единичных частиц, сделано предположение, что концентрирование перечисленных металлов и металлоидов во фракции наночастиц вулканического пепла происходит, в основном, в результате конденсации данных элементов или их соединений из газовой фазы и образования индивидуальных (отдельных) фаз со средним размером в диапазоне 12–74 нм. Следует отметить, что из вулканических пеплов кислого состава (Кизимена и Шивелуча) наночастиц было выделено примерно на порядок меньше по сравнению с пеплами основного состава (вулканов Толбачика и Ключевского). Данный факт идет вразрез с опубликованными данными, показывающими, что доля тонких фракций пеплов обычно больше для кислых эксплозивных извержений по сравнению с базальтовыми извержениями. Рассчитаны коэффициенты корреляции Пирсона между основностью вулканических пеплов и концентрацией более чем 50 элементов в пеплах и наночастицах пеплов. Найдены элементы с коэффициентом корреляции |R| > 0.7, который в соответствии со шкалой Чеддока свидетельствует о высокой степени корреляции. Отмечено, что ряд элементов имеет противоположную корреляцию между основностью пепла и концентрацией элементов в пеплах и наночастицах пеплов. Например, Hg и Tl в пепле имеют отрицательную корреляцию, то есть их концентрация уменьшается с увеличением основности пепла, тогда как для наночастиц отмечена положительная корреляция их концентрации и основности пепла. Концентрация Ca, Ho и Er в пепле увеличивается с увеличением основности пепла, тогда как для наночастиц пепла отмечена обратная зависимость. Выявленные закономерности являются неожиданными, они подтверждают уникальные особенности наноструктур и ставят новые вопросы наногеохимии.