知否火山也是个老烟民？竟然还会吐烟圈？

（原标题：Volcanoes blow smoke rings。 Now we know how they do it。）

　　作者 过客

　　出品 网易科技《知否》栏目组（公众号：tech_163）

　　从雷鸣般的火山碎屑流到灼热的岩浆河，火山以其猛烈而闻名于世。然而火山在安静的时刻同样令人敬畏，有时还会像烟民一样向天空中吹出烟圈。

　　这种短暂存在的烟圈曾在世界上的多座火山出现过，但人们并不清楚它们是如何形成的。虽然它们的直径可以达到数百英尺，但它们的寿命很短而且难以预测，因此就很难研究。

　　美国宇航局喷气推进实验室的高级研究员Fabio Pulvirenti决定领导科学家进行研究。研究报告的合著者，意大利卡塔尼亚大学的火山学家Carmelo Ferlito表示，这表明吸烟者嘴里发生的事情，或多或少也发生在火山内部。

　　烟非烟雾非雾，真身其实是水蒸气

　　意大利国家地球物理和火山学研究所的火山学家Boris Behncke并没有参与这项研究，他声称，尽管被称作烟圈，但这些烟圈并不是由烟组成的。相反，这些火山产物主要是水蒸气，它们从岩浆中逸出并通过火山口喷涌而出。

　　研究人员发现，强风能够阻止这种烟圈的形成或使其只能短暂存在。如果没有强风，由大量火山蒸汽形成的烟圈就会飘向天空并开始扩大。最终，当大部分的蒸汽都消失的时候，这种烟圈就会从视线中消失不见。

　　火山模型的计算机模拟终有所得

　　当研究人员在2013年第一次了解到它们时，他并没有在科学文献上发现任何实质性的答案。因此，当他的好奇心变得难以忍受时，他自己组建了研究团队试图解开这个谜团。

　　研究团队仔细阅读了大量对火山烟圈的观察，了解它们上升的高度、移动的速度、冷却的速度、它们成分的变化的程度以及它们含有火山灰的频率。他们还深入研究了这些来自岩浆的气体是如何从火山通道中流动的。

　　然后他们把所有的发现都输入到电脑模型中。通过调整火山通道内的压力积聚，以及虚拟火山喷口的几何形状，研究团队最终计算出了形成烟圈所需的条件。

　　火山喷“烟圈”需要哪些条件呢？

　　当岩浆通过火山通道上升时，周围的压力下降，这就会使溶解的气体形成气泡的形式。如果岩浆不太粘稠，那些气泡就会融合成单一的压缩气体气气腔。当它们接近喷口时，这些气腔会剧烈地减压并发生爆炸，将热蒸汽向上推动。

　　火山就像一个简单的制造烟雾的玩具，它通过一个狭窄的圆形开口喷出烟雾。无论什么情况都需要有大量的蒸汽存在，然后迅速排出才能形成一个像样的烟圈。

　　当上升的水蒸汽环遇到寒冷的大气层时，它就会变冷、减速、冷凝并且变得清晰可见，有点像飞机的尾迹。至关重要的是，想要形成这种烟圈火山口必须是相当圆的，而且火山口的两侧高度必须相同。如果排气口形状太不规则或存在破裂的地方，那么这种烟圈就可能出现严重的弯曲和不稳定，甚至根本不会形成。

　　纯属满足自己好奇心的研究其实同样重要

　　奥克兰大学火山学博士Benjamin Simons曾在数座持续活跃的活火山上看到过这种烟圈，其中就包括瓦努阿图的亚苏尔火山。当小股的火山气体通过这些狭窄的开口时，烟圈就出现了。

　　Simons声称，它们缓慢地上升，而且几乎没有足够的力量支撑它们在消失之前离开在火山口。新的计算机模型的计算结果与Simons自己的观测结果相吻合。他声称，火山口越圆就越有可能产生烟圈现象。

　　虽然这项工作还有待同行审议，但它似乎能够解释为什么不是每座火山都能看到这种烟圈现象，那是因为烟圈的形成需要如此复杂的条件。然而，即使满足了这些条件，烟圈也并不总是出现，这表明火山内部气体的混乱状况比我们目前所了解的还要复杂。幸运的是，研究团队仍然在努力探索，希望能找到更多的答案。

　　这项研究并不仅仅解决了研究人员的好奇心。形成火山烟圈的通道也是火山爆发时岩浆流向地表的通道，因此研究它们可能有助于地质学家更好地理解火山蒸汽喉内的情况。Ferlito称，虽然这项工作可能并没有解决火山学中一些最紧迫的问题，但尝试解决一个既有趣又美丽的谜题也是相当不错的。

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