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火山也是個"老煙民"?

2019-08-16 10:59:36  來源:知否

從雷鳴般的火山碎屑流到灼熱的巖漿河,火山以其猛烈而聞名于世。然而火山在安靜的時刻同樣令人敬畏,有時還會像煙民一樣向天空中吹出煙圈。

這種短暫存在的煙圈曾在世界上的多座火山出現過,但人們并不清楚它們是如何形成的。雖然它們的直徑可以達到數百英尺,但它們的壽命很短而且難以預測,因此就很難研究。

美國宇航局噴氣推進實驗室的高級研究員Fabio Pulvirenti決定領導科學家進行研究。研究報告的合著者,意大利卡塔尼亞大學的火山學家Carmelo Ferlito表示,這表明吸煙者嘴里發生的事情,或多或少也發生在火山內部。

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煙非煙霧非霧,真身其實是水蒸氣

意大利國家地球物理和火山學研究所的火山學家Boris Behncke并沒有參與這項研究,他聲稱,盡管被稱作煙圈,但這些煙圈并不是由煙組成的。相反,這些火山產物主要是水蒸氣,它們從巖漿中逸出并通過火山口噴涌而出。

研究人員發現,強風能夠阻止這種煙圈的形成或使其只能短暫存在。如果沒有強風,由大量火山蒸汽形成的煙圈就會飄向天空并開始擴大。最終,當大部分的蒸汽都消失的時候,這種煙圈就會從視線中消失不見。

火山模型的計算機模擬終有所得

當研究人員在2013年第一次了解到它們時,他并沒有在科學文獻上發現任何實質性的答案。因此,當他的好奇心變得難以忍受時,他自己組建了研究團隊試圖解開這個謎團。

研究團隊仔細閱讀了大量對火山煙圈的觀察,了解它們上升的高度、移動的速度、冷卻的速度、它們成分的變化的程度以及它們含有火山灰的頻率。他們還深入研究了這些來自巖漿的氣體是如何從火山通道中流動的。

然后他們把所有的發現都輸入到電腦模型中。通過調整火山通道內的壓力積聚,以及虛擬火山噴口的幾何形狀,研究團隊最終計算出了形成煙圈所需的條件。

知否

火山噴“煙圈”需要哪些條件呢?

當巖漿通過火山通道上升時,周圍的壓力下降,這就會使溶解的氣體形成氣泡的形式。如果巖漿不太粘稠,那些氣泡就會融合成單一的壓縮氣體氣氣腔。當它們接近噴口時,這些氣腔會劇烈地減壓并發生爆炸,將熱蒸汽向上推動。

火山就像一個簡單的制造煙霧的玩具,它通過一個狹窄的圓形開口噴出煙霧。無論什么情況都需要有大量的蒸汽存在,然后迅速排出才能形成一個像樣的煙圈。

當上升的水蒸汽環遇到寒冷的大氣層時,它就會變冷、減速、冷凝并且變得清晰可見,有點像飛機的尾跡。至關重要的是,想要形成這種煙圈火山口必須是相當圓的,而且火山口的兩側高度必須相同。如果排氣口形狀太不規則或存在破裂的地方,那么這種煙圈就可能出現嚴重的彎曲和不穩定,甚至根本不會形成。

純屬滿足自己好奇心的研究其實同樣重要

奧克蘭大學火山學博士Benjamin Simons曾在數座持續活躍的活火山上看到過這種煙圈,其中就包括瓦努阿圖的亞蘇爾火山。當小股的火山氣體通過這些狹窄的開口時,煙圈就出現了。

Simons聲稱,它們緩慢地上升,而且幾乎沒有足夠的力量支撐它們在消失之前離開在火山口。新的計算機模型的計算結果與Simons自己的觀測結果相吻合。他聲稱,火山口越圓就越有可能產生煙圈現象。

雖然這項工作還有待同行審議,但它似乎能夠解釋為什么不是每座火山都能看到這種煙圈現象,那是因為煙圈的形成需要如此復雜的條件。然而,即使滿足了這些條件,煙圈也并不總是出現,這表明火山內部氣體的混亂狀況比我們目前所了解的還要復雜。幸運的是,研究團隊仍然在努力探索,希望能找到更多的答案。

這項研究并不僅僅解決了研究人員的好奇心。形成火山煙圈的通道也是火山爆發時巖漿流向地表的通道,因此研究它們可能有助于地質學家更好地理解火山蒸汽喉內的情況。Ferlito稱,雖然這項工作可能并沒有解決火山學中一些最緊迫的問題,但嘗試解決一個既有趣又美麗的謎題也是相當不錯的。

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