Hvað er Magn af Ösku í Loftinu?

Alþjóða flugmálastofnunin (ICAO) hefur skráð um 80 atvik síðastliðin 15 ár þar sem flugvélar flugu óvænt inn í öskuský.  Aska frá sprengigosum er greinilega alvarlegt vandamál fyrir flugsamgöngur um allan heim.  Myndin til hliðar sýnir til dæmis fjölda af tilfellum þar sem þotur rekast á öskuský frá 1973 til ársins 2000.  Það er gosið í Pínatúbó eldfjalli á Filipseyjum sem veldur toppnum árið 1991.

Hingað til hefur verið mjög lítið til af gögnum um öskumagn í loftinu á flugleiðum, og enginn hefur virst hafa haft hugmynd um hvað er leyfilegt magn fyrir flugsamgöngur.  Af þeim sökum var strax ákveðið af yfirvöldum í Evrópu að flug skyldi stöðvað strax og VOTTUR af ösku finnist í háloftum.  Nú hefur breska flugmálastofnunin (CAA) lýst því yfir að flug sé leyfilegt ef öskumagn í lofti er undir 2000 míkrógrömmum (0,002 g) á rúmmeter af lofti.  Undir þessu marki eru þotuhreyflar í engri hættu, segja sérfræðingarnir, eftir að hafa tekið í sundur fjölda af hreyflum sem hafa farið í grennd við öskuský.  Eins og ég hef bloggað um hér, þá er aðal hættan tengd því að askan bráðnar inni í hreyflunum, myndar glerhúð sem lokar fyrir eldsneyti til hreyfilsins. En bráðnun ösku er háð bræðslumarki hennar. Í öllum fyrri tilfellum var það líparít aska, með hátt kísilmagn og lágt bræðslumark (um 700 stig), en til samanburðar er andesít askan frá Eyjafjallajökli sennilega með bræðslumark um 1000 stig, og því seinni að bráðna, og ekki eins hættuleg.

Það er ótrúlega lítið vitað um magn af ösku í háloftum, og mælingar eru fáar og lélegar til þessa.  Sennilega myndast nú ný vísindagrein til slíkra mælinga.   Rannsóknir yfir Þýzkalandi sýna að ösku er að finna í um 4 km hæð, og er þar um 60 míkrógrömm á rúmmeter, sem sagt langt undir mörkum sem CAA setti.  Loftslagsrannsóknastöð ETH skólans í Zurich hefur mælt öskuskýið með LIDAR tækni og loftbelgjum yfir Svisslandi 16 og 17. apríl.  Myndin til hliðar sýnir gögn þeirra.  Þá var skýið í um 4 km hæð.  Svarta línan sýnir hita sem fall af hæð, en rauða línan sýnir breytingar sem eru sennilega af völdum öskunnar, og með topp í 4 km hæð.  Þeir telja að askan hafi verið um 80 míkrógrömm á rúmmeter, einnig langt undir hættumörkum.  Ein mæling sýndi miklu meira öskumagn, allt að 600 míkrógrömm á rúmmeter, en meðaltal mælinganna var um 50 míkrógrömm á rúmmeter.  Þetta er mjög líkt og rykið sem berst oft til Evrópu frá eyðimörkum Sahara, og enginn flugmaður kippir sér upp við það.  Meðal stærð öskukornanna yfir Zurich var um 3 míkrómetrar, en meðal stærð öskunnar sem Jarðvísindastofnun Háskóla Íslands hefur safnað á jörðu um 55 km frá Eyjafjallajökli er um 30 míkrómetrar.  Ég hef ekki séð stækkaða mynd af öskukornum úr Eyjafjallajökli, en hér til hliðar er mjög stækkuð mynd af öskukorni frá Sánkti Helenu eldfjalli í Washington fylki, sem gaus árið 1980.  Auðvitað fellur grófari askan til jarðar fyrst, en sú fína berst til fjarlægra landa.

Sem sagt: nú er kominn nýr staðall, amk. í Bretlandi, um leyfilegt öskumagn um 2000 míkrógrömm í rúmmetra.   Það er ekki auðvelt að gera sér grein fyrir þessu magni, en við skulum bera það saman við  teskeið af sykri.  Teskeið af sykri vigtar um 4 grömm.  Leyfilegt magn af ösku, 2000 míkrógrömm á rúmmeter, er því um einn tvöþúsundasti af teskeið. Ætli það sé ekki um það bil eitt korn af sykri á hvern rúmmeter?     En þess ber að gæta að það er gýfurlegt magn af lofti sem fer gegnum þotuhreyfil. Ég áætla að um 500 þúsund rúmmetrar af lofti streymi inn í þotuhreyfil á klukkustund.  Ef loftið inniheldur 0,002 g af ösku á rúmmeter, þá er um eitt kg. af ösku búið að streyma inn í hreyfilinn. Mikið af öskunni kann að fara beint í gegn, en hluti af þessu bráðnar og klessist sem gler innan á hreyfilinn.    Það verður fróðlegt að fylgjast með því hvernig mælitækjum verður komið fyrir víðs vegar um heiminn til að fylgjast með öskuskýjum framtíðarinnar.  Til að átta sig á framtíðinni er gott að líta aðeins til fortíðarinnar. Myndin til hliðar sýnir á grafískan hátt stærð sprengigosa sem hafa orðið á ýmsum tímum.  Stærð gosanna er í hlutfalli við glóandi heita  boltann sem sýnir kvikuþrónna undir eldfjallinu.  Stærð gossins árið 2010 í Eyjafjallajökli er minna en minnsta gosið sem sýnt er á þessarri mynd. Í framtíðinni koma gos af þessari stærð einhverstaðar í heiminum. Hvernig áhrif munu þau hafa á flugsamgöngur, loftslag, símasamband og öll fjarskipti?

Athugasemdir

[Þorkell Guðbrandsson (IP-tala skráð) 24.4.2010 kl. 09:43]

Takk fyrir allan fróðleikinn, dr. Haraldur. Það væri gaman ef þú vildir segja okkur lítillega frá þessum forsögulegu gosum á Yellowstone-svæðinu og í tengslum við það frá möguleikanum á stórgosi á þessu svæði í framtíðinni? Mig grunar að þessi mál hafi verið í umræðunni vestra? Manni sýnist á skýringarmyndinni hér að ofan að stærðargráðan sé með þeim ósköpum að það er eiginlega ofvaxið skilningi venjulegs fólks.

[Gunnar Th. Gunnarsson, 24.4.2010 kl. 11:30]

Fróðlegur pistill hér að vanda.

Má þó til mað að koma með léttvæga leiðréttingu. Þotuhreyflarnir þjást af súrefnisskorti, fremur en eldsneytisskorti, vegna "glerungsins" sem myndast inn í hreyflunum, af bráðinni ösku

[Haraldur Sigurðsson, 24.4.2010 kl. 11:44]

Já, Gunnar, en er ekki súrefni einmitt eldsneyti í þessu sambandi?

[Ólafur Sveinsson (IP-tala skráð) 24.4.2010 kl. 12:19]

Í gegnum stærstu þotumótóra (Airbus A 380)-fara ca 6.500.000 m3/klst af lofti.  Miðað við 0.002 gr/m3 þá fara 13.000 kg/klst. 13 tonn af ösku.  Það er ekki lítið???

http://en.wikipedia.org/wiki/Rolls-Royce_Trent_900

[Haraldur Sigurðsson, 24.4.2010 kl. 12:40]

Vá! Er þetta í gegnum hvern mótor?  Mín ágizkun er þá allt of lág.

[Ólafur Sveinsson (IP-tala skráð) 24.4.2010 kl. 13:18]

 Á við hvern mótór.
Mótórinn er tæpir 3000 mm í þvermál  og flughraði ca 930 km/klst ?
Fyrir rúmum 40 árum lærði ég Q=Areal x v----?
Þetta er allt til gamans gert.  Mér er ef til vill farið förlast.

[Gunnar Th. Gunnarsson, 24.4.2010 kl. 15:16]

En þar sem þotuhreyfillinn fær ekki nægilegt súrefni í réttu hlutfalli við eldsneytið, þá kviknar í elsneytinu þegar það kemur óbrunnið, aftur úr hreyflinum.

.... eða þannig skil ég þetta

[Arnór Baldvinsson, 24.4.2010 kl. 22:03]

Ólafur: Ég er nú ekki fróður um þotuhreyfla, en ef þú reiknar þetta með flatarmáli * hraða þá held ég að þú sért að fá of lágar tölur því hverflarnir soga loft inn sem þýðir að hraði loftsins inn í hreyfilinn er sennilega talsvert hærri heldur en flughraðinn einn gefur til kynna.  Það eina sem ég finn um þetta er að loftið sem kemur inn í þjöppuna í hreyflinum verður að vera undir hljóðhraða, jafnvel í hljóðfráum þotum. 

[Gylfi Gylfason (IP-tala skráð) 25.4.2010 kl. 01:21]

Burtséð frá álitaefnum ykkar um þotuhreyfla þá þakka ég fróðleikinn. Klassasíða hjá þér Haraldur

[KRISTJÁN SVEINBJÖRNSSON, 25.4.2010 kl. 08:41]

Þessi grein er mjög athyglisverð og upplýsingar í henni hnekkja forsendum flugbannsins í evrópu og nú hér á Íslandi.

Samkvæmt mælingum Reykjavíkurborgar http://www.loft.rvk.is/ á rykögnum í lofti var rykmengun mest um hádegið 150 til 400 µg/m³ í gær en fór fljótt niður fyrir 100 µg/m³.

Þetta magn er margfalt minna en þotumótorar þola sem er þá 2000 µg/m³

Engar mælingar eru til um öskumagn hér á íslandi í mismunandi hæðum en slíkar mælingar tækju væntanlega af allan vafa um að flugbann á höfuðborgarsvæðinu er ástæðulaust miðað við núverandi ástand en skyggni var í gær yfir 50 km til austurs svo ekki var mikil gjóska á því svæði.