Pył wulkaniczny, a zagrożenia dla lotnictwa

samoloty

lotnictwo komunikacyjne

lotniska

gospodarka

bezpieczeństwo

istotne

Od 2010 roku, jest wiedzą powszechną, że pył wulkaniczny stanowi poważne zagrożenie dla bezpieczeństwa ruchu lotniczego, kiedy to erupcja jednego z wulkanów na Islandii spowodowała anulowanie kilkunastu tysięcy lotów w Europie i doprowadziła do uszkodzenia silników samolotów wykonujących loty w dotkniętej żywiołem przestrzeni powietrznej. Jak się definiuje wpływ pyłów wulkanicznych na lotnictwo i jakie są związane z tym zagrożenia? Zapraszamy do lektury tłumaczenia artykułu zamieszczonego na portalu Skybrary.aero

Podczas erupcji wulkanu do atmosfery mogą zostać wyrzucone ogromne ilości sproszkowanych skał magmowych, które osiągają dużą wysokość i gromadzą się w chmurach, a następnie unoszą się z wiatrem. Materiał ten ostatecznie osiada z atmosfery na ziemię, w procesie sedymentacji (opadu popiołu). Większe i cięższe cząstki osiadają szybciej i bliżej punktu erupcji, podczas gdy mniejsze przemieszczają się dalej i pozostają zawieszone w atmosferze na dłużej.

15 kwietnia 2010 r. na duże obszary przestrzeni powietrznej nad Europą Północną zaczęły wpływać chmury drobnego popiołu wulkanicznego dryfującego na południowy wschód z wybuchającego wulkanu na Islandii. Fakt ten spowodował zawieszenie akceptacji planów lotu IFR dla lotów całej dotkniętej przestrzeni powietrznej, co z kolei doprowadziło do zamknięcia systemu komercyjnego transportu lotniczego na dużym obszarze Europy.

Definicje

Popiół wulkaniczny definiuje się jako bardzo małe cząstki stałe wyrzucane z wulkanu podczas erupcji, których osie pośrednie mierzą od 1/16 (0,625) mm do 2 mm (US Geological Survey). Pył wulkaniczny (drobny popiół) jest dalej definiowany przez to samo źródło, jako cząstki o średnicy mniejszej niż 1/16 (0,0625) mm.

Chmury pyłu wulkanicznego to gęste, wyraźne i wyraźnie rozpoznawalne ciemne chmury składające się z popiołu wulkanicznego, pyłu i oparów. Znajdują się one zwykle w pobliżu wulkanu (w promieniu 200 NM morskich, w zależności od wysokości kolumny erupcyjnej) i zazwyczaj rozwiewają się po jednym lub dwóch dniach.

Zanieczyszczenie pyłem wulkanicznym określa się powszechne stężenie pyłu i oparów wulkanicznych unoszących się w cienkich warstwach w atmosferze, a ślady skażenia pyłem wulkanicznym mogą pozostawać w atmosferze latami.

Bezpieczeństwo lotu

Lot w chmurę pyłu wulkanicznego jest uważany za niebezpieczny i należy go unikać, ponieważ może skutkować wyłączeniem się silników, ich przegrzaniem, zatkaniem rurek Pitota, a także ścieraniem elementów zewnętrznych i wewnętrznych jednostki napędowej.

Szacuje się, że w stężeniach 4 kg/hm3 lub mniejszych zanieczyszczenie pyłem wulkanicznym stwarza podobne ryzyko jak zanieczyszczenie ziarnkami piasku i stanowi bardziej problem utrzymania technicznego niż bezpieczeństwa lotu.

Erupcja wulkanu Eyjafjallajokull w 2010, fot. skybrary

Wykrycie

Popiół wulkaniczny nie pojawia się na radarach pogodowych samolotów ani radarach ATC ze względu na mały rozmiar cząstek. Cząsteczki popiołu przenoszą ładunki elektryczne, które w chmurze pyłu wulkanicznego mogą wywołać grzmoty i błyskawice, w obszarze bezpośrednio nad erupcją. Ogień Świętego Elma (powstający w wyniku uderzenia naładowanych cząstek popiołu w samolot), może być w nocy pierwszą poszlaką dla pilotów, że kierują się w gęsty popiół wulkaniczny. Innymi oznakami może być zapach siarki i kurz w kabinie.

Efekty

Napotkanie chmury pyłu wulkanicznego może spowodować uszkodzenie i nieprawidłowe działanie silnika:

Usterka silnika

Głównym zagrożeniem dla dalszego bezpiecznego lotu, wynikającym z lotu przez obszary z dużym stężeniem popiołu wulkanicznego, jest topienie się w silniku cząstek popiołu, które składają się głównie z krzemianów o temperaturze topnienia 1100°C. Jest ona znacznie niższa niż temperatura robocza rdzenia wysokoprzepustowych silników turbinowych, która przy normalnych ustawieniach ciągu wynosi co najmniej 1400°C

Wchłonięty popiół krzemianowy topi się w gorącej sekcji silnika, a następnie osiada na łopatkach turbiny wysokociśnieniowej. W niektórych przypadkach może wystąpić przejściowa i prawdopodobnie ostateczna utrata ciągu, a pomyślne ponowne uruchomienie silnika jest możliwe tylko wtedy, gdy pojawi się dostęp do czystego powietrza.

Do nieprawidłowego działania silnika mogą (poprzez osadzanie się w nim) przyczyniać się cząsteczki popiołu, jeśli oczywiście występują w wystarczającej gęstości. W obu przypadkach zanieczyszczenia zatykają przepływ powietrza w silniku i mogą doprowadzić do gwałtownego dławienia się silnika, a ostatecznie do jego wyłączenia się. Szybkie zmniejszenie ustawienia ciągu na idle może obniżyć temperaturę rdzenia na tyle, aby zapobiec topnieniu krzemianów.

Długotrwałe uszkodzenie silnika

Ścierny efekt uderzenia cząstek popiołu wulkanicznego może powodować chropowatość powierzchni wewnątrz silników turbinowych, co choć nie będzie miało wpływu na ich dalszą normalną pracę, to jednak spowoduje zmniejszenie jednostkowego zużycia paliwa. Naprawa takich uszkodzeń jest niemożliwa, dlatego żywotność uszkodzonego silnika może zostać znacznie zmniejszona.

Korozja powierzchni zewnętrznych

Popiół może spowodować znaczne uszkodzenia odsłoniętej powierzchni poszycia samolotu i zewnętrznej warstwy szyb przednich. Jeśli kontakt z popiołem jest silny, szyby mogą zostać na tyle mocno pościerane, że trudno będzie przez nie cokolwiek zobaczyć.

Erupcja wulkanu, fot. skybrary

Incydenty związane z wlotem statku powietrznego w chmurę pyłów wulkanicznych:

24 czerwca 1982 roku załoga B747-200 British Airways minęła Dżakartę na poziomie FL370, lecąc w nocy w warunkach VMC, kiedy nieświadomie wleciała w chmurę pyłu będącego wynikiem erupcji pobliskiego wulkanu Mount Galunggung. W wyniku tego zdarzenia, wszystkie silniki samolotu uległy awarii w krótkich odstępach czasu, a piloci zgłosili MAYDAY. Rozpoczęli następnie zniżanie i zakręt z powrotem do Dżakarty, który wymagał pomyślnego ponownego uruchomienia silników w celu przelecenia nad górami. Po wyjściu z chmur na FL120 udało się uruchomić trzy silniki (LINK).

15 grudnia 1989 r. Boeing 744 wykonujący przebazowanie do Anchorage - z załogą, która była świadoma erupcji wulkanu na Alasce ok 150 NM dalej - wpadł w popiół wulkaniczny podczas wykonywania zniżania do lotniska. Kiedy podjęto próbę wydostania się z popiołów przy użyciu pełnego ciągu, wszystkie silniki uległy awarii. Po wielokrotnych próbach ponownego ich uruchomienia, udało się to zrobić na wysokości ok 3 tys. m (LINK).

Lotniska w pobliżu obszarów, na których występuje aktywność wulkaniczna: