FTIR顯微鏡預(yù)測火山爆發(fā)，噴發(fā)性氣體通過FPA探測器進行定量分析,。
那不勒斯附近的Phlegraean Fields火山區(qū)是當(dāng)前的一個“熱門話題”,。兩年來，這座超級火山的活躍度不斷增加,。人們對火山噴發(fā)的擔(dān)憂日益加劇,。科學(xué)家們夜以繼日地努力,，預(yù)測火山是否噴發(fā),？何時噴發(fā)？
科學(xué)家為了評估火山的危險性所要進行的研究遠不止此,。他們通過巖石分析,，來預(yù)測火山噴發(fā)時是否會發(fā)生火山碎屑流以及碎屑流所具有的破壞力。您對科學(xué)家如何做到這些是否感興趣呢,？
如果感興趣,，就請加入我們的地質(zhì)探險之旅吧!
火山噴發(fā)的解釋
為了確定潛在火山噴發(fā)的強度，研究人員需對形成火山的巖石進行分析,。這些巖石中可能含有熔融包裹體,，其中保存著與火山爆發(fā)有關(guān)的信息。
CO2,、H2O和SO4等分解氣體在這里提供關(guān)鍵信息,。這些在火山噴發(fā)前釋放的氣體濃度，是監(jiān)測火山活動的關(guān)鍵參數(shù)之一,。
最常見氣體水蒸汽（H2O）濃度的測量,，是預(yù)測火山噴發(fā)強度的重要一步。包裹體中的H2O含量越高,，火山越容易爆發(fā),。遺憾的是，這里有一個陷阱,。
研究人員必須弄清楚熔融包裹體是否為原始狀態(tài),，是否在火山噴發(fā)期間或之后喪失了水分。研究人員只有能夠準(zhǔn)確地弄清這一點,，才能繼續(xù)研究水對巖漿噴發(fā)的影響,。
那么誰能在這方面幫助到他們呢？當(dāng)然是FTIR,！
ATR-FTIR：
火山研究領(lǐng)域一顆冉冉升起的新星
透射FTIR是分析熔融包裹體的一種成熟而完善的方法,。但它有兩個缺點。其一是樣品制備耗時長，其二是難以分析較小的熔融包裹體,。
而這正是ATR-FTIR的用武之地,，它解決了以上兩個挑戰(zhàn)。無需進行繁瑣的樣品制備,，且能夠用于分析小樣品,。除此之外，當(dāng)ATR物鏡與焦平面探測器（FPA）相結(jié)合時,，還能對熔融包裹體中的H2O進行成像分析,。這種方法可幫助確定H2O是否為原始狀態(tài)。
工作原理
光譜圖像示例,。A：吸收圖像明顯相似,，包裹體的水分分布均勻。B：圖像看上去相似,，但最大Si–O振動和總水吸收信號空間上不一致,。C：有些區(qū)域存在不同程度的脫水。D：該熔融包裹體似乎完全耗盡了溶解水,。
Chemical Geology, 615 (2023) 121217. doi:10.1016/j.chemgeo.2022.1212171*
科學(xué)背景
熔融包裹體含有不同的成分,，其中包括玻璃基質(zhì)的狀態(tài)。玻璃基質(zhì)含有包括H2O在內(nèi)的不同成分,。為了評估H2O是否為原始狀態(tài),，研究人員首先需要利用ATR-FPA-FTIR來確定玻璃基質(zhì)本身進行測試。
如果存在裂紋或變化,，則表明玻璃基質(zhì)可能存在脫水。這會使殘余的水不是原始狀態(tài),。如果玻璃基質(zhì)完好無損,，則研究其中的水分分布與基質(zhì)本身是否一致非常重要。
如果玻璃基質(zhì)結(jié)構(gòu)水圖像與水的圖像不一致,，則表明可能存在脫水,。如果存在脫水，則這些數(shù)據(jù)就不能用來預(yù)測火山爆發(fā),。
如果二者的圖像一致,，研究人員接下來就能校準(zhǔn)和測定玻璃基質(zhì)中的含水量。運用一條簡單的經(jīng)驗法則來預(yù)測火山爆發(fā)：H2O含量越高,，火山越容易爆發(fā),。
科學(xué)家利用布魯克的HYPERION FTIR顯微鏡完成這一高挑戰(zhàn)性的研究。
HYPERION II是一款創(chuàng)新的紅外顯微鏡
布魯克是一家提供帶FPA探測器的FTIR儀器廠商,。HYPERION就是一款這樣的設(shè)備。那么，F(xiàn)PA探測器在分析火山熔融包裹體時到底有什么優(yōu)勢呢,？
1
高空間分辨率：FPA探測器可以實現(xiàn)精確至亞微米級的高空間分辨率,。這使得該探測器可對樣品中的小特征進行詳細的成像和分析。
2
效率：FPA探測器可通過一系列探測器同時捕獲數(shù)據(jù),。這使得數(shù)據(jù)采集過程更快速,、更高效，尤其是相比傳統(tǒng)的逐點掃描法,。高效率對于分析數(shù)量巨大的樣品非常有用,，比如研究多個火山噴發(fā)區(qū)域時。
3
成像能力：FPA探測器可用于構(gòu)建高空間分辨率的化學(xué)圖像,。在火山研究中,，這被用于根據(jù)水的成像來區(qū)分脫氣的和原始的熔融包裹體。
4
校準(zhǔn)和定量分析：FPA探測器可進行校準(zhǔn)和用于定量分析,，這對準(zhǔn)確測量熔融包裹體中的含水量至關(guān)重要,。
研究人員與政府當(dāng)局并肩協(xié)作，盡其所能地保護人們免受火山爆發(fā)的影響,。在這項工作中,，最重要的是確定未來的火山噴發(fā)是噴涌式還是爆發(fā)式。這些信息有助于政府部門確定應(yīng)啟動哪種應(yīng)急預(yù)案,。
“Campi Flegrei”火山噴發(fā)的確切后果尚不確定,。據(jù)專家估計，該火山噴發(fā)可能噴出高達1,000 km³的火山巖,。這對本地區(qū)的居民甚至世界其他地區(qū)都將是一場噩夢,。
對于布魯克，我們希望自己的儀器能為加深了解火山相關(guān)的信息,，使得生活在火山活躍地區(qū)的人們更安全,，貢獻一份重要力量。在這些儀器中,，不僅有HYPERION,，還有遙測遙感方面的產(chǎn)品2。
想要了解FPA探測器嗎,？請閱讀這篇文章,，了解Mapping與成像之間的區(qū)別。
參考資料
1.Popa, R.G., Tollan, P., Hermann, J., Bachmann, O. (2023). Degassed versus pristine: Evaluating melt inclusions with a new ATR-FPA-FTIR calibration and water imaging method in rhyolitic melts. Chemical Geology: 615; 121217.
* 請注意,，我們對論文中的圖6作出了調(diào)整,。論文中分析的樣品是在Nisyros-Yali火山中心采集。
2.Burton, M., Allard, P., Muré, F., La Spina, A. (2007). Magmatic Gas Composition Reveals the Source Depth of Slug-Driven Strombolian Explosive Activity. Science: 317; 227-230.
如您對以上應(yīng)用感興趣
長按左側(cè)二維碼
填寫產(chǎn)品咨詢表
(空格分隔,最多3個,單個標(biāo)簽最多10個字符)
6
立即詢價
您提交后,，專屬客服將第一時間為您服務(wù)