從雷鳴般的火山碎屑流到灼熱的熔巖河，火山以其兇猛而聞名。然而，火山在安靜的時(shí)刻也同樣令人敬畏，有時(shí)會(huì)像吸煙者一樣向天空噴出煙圈。
世界各地的許多火山都出現(xiàn)過(guò)這種短暫的煙圈，但尚不清楚它們是如何形成的。盡管它們的直徑可以達(dá)到數(shù)百英尺，但它們的壽命很短且不可預(yù)測(cè)，這使得研究它們變得困難。
美國(guó)宇航局噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室的高級(jí)研究員法比奧·普爾維倫蒂（Fabio Pulvirenti）決定領(lǐng)導(dǎo)科學(xué)家們進(jìn)行這項(xiàng)研究。研究報(bào)告的共同作者、意大利卡塔尼亞大學(xué)的火山學(xué)家卡梅洛·費(fèi)利托（Carmelo Ferlito）表示，這表明吸煙者嘴里發(fā)生的事情或多或少是在火山內(nèi)部發(fā)生的。
煙既不是煙，也不是霧。它實(shí)際上是水蒸氣。
意大利國(guó)家地球物理和火山研究所的火山學(xué)家鮑里斯·本克（Boris Behncke）并未參與這項(xiàng)研究，他聲稱，盡管被稱為煙環(huán)，但它們并不是由煙霧構(gòu)成的。相反，這些火山產(chǎn)物主要是從巖漿中逸出并通過(guò)火山口噴涌而出的水蒸氣。
研究人員發(fā)現(xiàn)，強(qiáng)風(fēng)可以阻止此類煙圈的形成或使其持續(xù)時(shí)間較短。如果沒有強(qiáng)風(fēng)，大量火山蒸汽形成的煙圈就會(huì)飄向天空并開始擴(kuò)大。最終，當(dāng)大部分蒸汽消失后，煙圈就會(huì)從視野中消失。
火山模型的計(jì)算機(jī)模擬最終得出結(jié)果
當(dāng)研究人員在2013 年第一次了解它們時(shí)，他沒有在科學(xué)文獻(xiàn)中找到任何實(shí)質(zhì)性的答案。于是，當(dāng)他的好奇心變得難以忍受時(shí)，他組建了自己的研究小組，試圖解開這個(gè)謎團(tuán)。
研究小組仔細(xì)研究了對(duì)火山煙環(huán)的大量觀察，以了解它們上升的高度、移動(dòng)的速度、冷卻的速度、成分變化的程度以及含有火山灰的頻率。他們還深入研究了這些巖漿產(chǎn)生的氣體如何流經(jīng)火山通道。
然后他們將所有發(fā)現(xiàn)輸入到計(jì)算機(jī)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，該團(tuán)隊(duì)能夠計(jì)算出形成煙圈所需的條件。
火山噴發(fā)煙圈需要什么條件？
當(dāng)巖漿通過(guò)火山通道上升時(shí)，周圍的壓力下降，導(dǎo)致溶解的氣體形成氣泡。如果巖漿不太粘稠，這些氣泡就會(huì)合并成一個(gè)壓縮氣體室。當(dāng)它們接近通風(fēng)口時(shí)，這些氣腔會(huì)急劇減壓并爆炸，將熱蒸汽向上推。
火山就像一個(gè)簡(jiǎn)單的煙霧玩具，通過(guò)狹窄的圓形開口噴出煙霧。無(wú)論如何，需要存在大量蒸汽，然后快速排出，才能形成像樣的煙環(huán)。
當(dāng)上升的水蒸氣環(huán)遇到寒冷的大氣時(shí)，它會(huì)冷卻、減速、凝結(jié)并變得可見，有點(diǎn)像飛機(jī)的尾跡。至關(guān)重要的是，要使火山口形成這樣的煙環(huán)，它必須相當(dāng)圓，并且火山口兩側(cè)的高度必須相同。如果排氣口的形狀太不規(guī)則或有裂紋，煙圈可能會(huì)嚴(yán)重彎曲且不穩(wěn)定，甚至可能根本不形成。
純粹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)博士本杰明·西蒙斯在幾座活火山上看到了這種煙圈，其中包括瓦努阿圖的亞蘇爾山。當(dāng)細(xì)小的火山氣體流穿過(guò)這些狹窄的開口時(shí)，就會(huì)出現(xiàn)煙圈。
西蒙斯聲稱，它們上升得很慢，在消失在火山口之前幾乎沒有足夠的力量來(lái)支撐它們。新計(jì)算機(jī)模型的計(jì)算與西蒙斯自己的觀察相符。他聲稱，火山口越圓，就越有可能產(chǎn)生煙圈。
雖然這項(xiàng)工作尚未經(jīng)過(guò)同行評(píng)審，但它似乎解釋了為什么并非每座火山都出現(xiàn)煙圈。那是因?yàn)樾纬蔁熑λ璧臈l件非常復(fù)雜。然而，即使?jié)M足這些條件，煙圈也并不總是出現(xiàn)，這表明火山內(nèi)部氣體的混亂程度比我們目前理解的更為復(fù)雜。幸運(yùn)的是，研究團(tuán)隊(duì)仍在努力尋找更多答案。
這項(xiàng)研究不僅僅滿足了研究人員的好奇心。形成火山煙圈的通道也是火山噴發(fā)時(shí)巖漿流到地表的通道，因此研究它們可能有助于地質(zhì)學(xué)家更好地了解火山蒸汽喉嚨內(nèi)部發(fā)生的情況。費(fèi)利托說(shuō)，雖然這項(xiàng)工作可能無(wú)法解決火山學(xué)中一些最緊迫的問題，但嘗試解決一個(gè)既有趣又美麗的難題是件好事。
