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(shí)刻同樣令人敬畏，有時(shí)還會(huì)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(xiàn)過(guò)，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(dá)到數(shù)百英尺，但它們的壽命很短而且難以預(yù)測(cè)，因此就很難研究。
美國(guó)宇航局噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室的高級(jí)研究員Fabio Pulvirenti決定領(lǐng)導(dǎo)科學(xué)家進(jìn)行研究。研究報(bào)告的合著者，意大利卡塔尼亞大學(xué)的火山學(xué)家Carmelo Ferlito表示，這表明吸煙者嘴里發(fā)生的事情，或多或少也發(fā)生在火山內(nèi)部。
煙非煙霧非霧，真身其實(shí)是水蒸氣
意大利國(guó)家地球物理和火山學(xué)研究所的火山學(xué)家Boris Behncke并沒(méi)有參與這項(xiàng)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(chǎn)物主要是水蒸氣，它們從巖漿中逸出并通過(guò)火山口噴涌而出。
研究人員發(fā)現(xiàn)，強(qiáng)風(fēng)能夠阻止這種煙圈的形成或使其只能短暫存在。如果沒(méi)有強(qiáng)風(fēng)，由大量火山蒸汽形成的煙圈就會(huì)飄向天空并開(kāi)始擴(kuò)大。最終，當(dāng)大部分的蒸汽都消失的時(shí)候，這種煙圈就會(huì)從視線中消失不見(jiàn)。
火山模型的計(jì)算機(jī)模擬終有所得
當(dāng)研究人員在2013年第一次了解到它們時(shí)，他并沒(méi)有在科學(xué)文獻(xiàn)上發(fā)現(xiàn)任何實(shí)質(zhì)性的答案。因此，當(dāng)他的好奇心變得難以忍受時(shí)，他自己組建了研究團(tuán)隊(duì)試圖解開(kāi)這個(gè)謎團(tuán)。
研究團(tuán)隊(duì)仔細(xì)閱讀了大量對(duì)火山煙圈的觀察，了解它們上升的高度、移動(dòng)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(lái)自巖漿的氣體是如何從火山通道中流動(dòng)的。
然后他們把所有的發(fā)現(xiàn)都輸入到電腦模型中。通過(guò)調(diào)整火山通道內(nèi)的壓力積聚，以及虛擬火山噴口的幾何形狀，研究團(tuán)隊(duì)最終計(jì)算出了形成煙圈所需的條件。
火山噴“煙圈”需要哪些條件呢？
當(dāng)巖漿通過(guò)火山通道上升時(shí)，周?chē)膲毫ο陆担@就會(huì)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(huì)融合成單一的壓縮氣體氣氣腔。當(dāng)它們接近噴口時(shí)，這些氣腔會(huì)劇烈地減壓并發(fā)生爆炸，將熱蒸汽向上推動(dòng)。
火山就像一個(gè)簡(jiǎn)單的制造煙霧的玩具，它通過(guò)一個(gè)狹窄的圓形開(kāi)口噴出煙霧。無(wú)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(gè)像樣的煙圈。
當(dāng)上升的水蒸汽環(huán)遇到寒冷的大氣層時(shí)，它就會(huì)變冷、減速、冷凝并且變得清晰可見(jiàn)，有點(diǎn)像飛機(jī)的尾跡。至關(guān)重要的是，想要形成這種煙圈火山口必須是相當(dāng)圓的，而且火山口的兩側(cè)高度必須相同。如果排氣口形狀太不規(guī)則或存在破裂的地方，那么這種煙圈就可能出現(xiàn)嚴(yán)重的彎曲和不穩(wěn)定，甚至根本不會(huì)形成。
純屬滿足自己好奇心的研究其實(shí)同樣重要
奧克蘭大學(xué)火山學(xué)博士Benjamin Simons曾在數(shù)座持續(xù)活躍的活火山上看到過(guò)這種煙圈，其中就包括瓦努阿圖的亞蘇爾火山。當(dāng)小股的火山氣體通過(guò)這些狹窄的開(kāi)口時(shí)，煙圈就出現(xiàn)了。
Simons聲稱，它們緩慢地上升，而且?guī)缀鯖](méi)有足夠的力量支撐它們?cè)谙е半x開(kāi)在火山口。新的計(jì)算機(jī)模型的計(jì)算結(jié)果與Simons自己的觀測(cè)結(jié)果相吻合。他聲稱，火山口越圓就越有可能產(chǎn)生煙圈現(xiàn)象。
雖然這項(xiàng)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(xiàn)象，那是因?yàn)闊熑Φ男纬尚枰绱藦?fù)雜的條件。然而，即使?jié)M足了這些條件，煙圈也并不總是出現(xiàn)，這表明火山內(nèi)部氣體的混亂狀況比我們目前所了解的還要復(fù)雜。幸運(yùn)的是，研究團(tuán)隊(duì)仍然在努力探索，希望能找到更多的答案。
這項(xiàng)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(fā)時(shí)巖漿流向地表的通道，因此研究它們可能有助于地質(zhì)學(xué)家更好地理解火山蒸汽喉內(nèi)的情況。Ferlito稱，雖然這項(xiàng)工作可能并沒(méi)有解決火山學(xué)中一些最緊迫的問(wèn)題，但嘗試解決一個(gè)既有趣又美麗的謎題也是相當(dāng)不錯(cuò)的。
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