火山位于俯冲带,在这里,地球的运动使板块相互碰撞,导致其中一个板块下沉至另一板块之下,新的熔岩会在这种强大注射力的推动下进入岩浆房。
在岩浆房的下方,来自地心的热量使得原有岩石被部分熔化,并融入新生成的岩浆。当岩浆房内注入的新岩浆达到一个确定的体积,且无法容纳更多时,多余的岩浆便会以喷发的形式被排出。
(图源:theconversation.com)
这个过程会呈现出周期性变化,因此,对于由此过程所引起的喷发是能够被预测的。例如,坐落在欧亚板块与印度-澳大利亚板块交接处的潘帕达扬火山(Mount Papandayan),该火山的喷发周期为20年,上次喷发时间要追溯到2002年,下一次的喷发或许会发生在2022年。
火山喷发的周期取决于岩石的融化速度,而岩石的融化速度又受到板块下沉速度的影响。地球上存在一些俯冲带,并且俯冲板块通常以10厘米/年恒速运动。就潘帕达扬火山而言,位于欧亚板块之下的印度-澳大利亚板块以7厘米/年的速度从欧亚板块下方下潜。
岩浆房内部的变化过程
岩浆房内部的活动同样可以引起喷发。在岩浆房内部,由于温度的降低,岩浆呈现结晶化。相对于半流体熔岩,结晶化的岩浆更加沉重,会下沉至岩浆房底部。
这一现象推动了剩余岩浆的上升,使得岩浆房房盖受到更强的压力。当房盖难以承受来自下方的压力时,便产生了火山喷发,这个过程同样呈周期性且能够被预测。
另一个发生在岩浆房内的重要过程是岩浆混合物与围岩相混合,这一过程被称为同化/吸收(assimilation)。火山上存在一些通道可以使得岩浆溢出其表面,如果这些通道不存在,岩浆便会被其自身挤压至一处压力相对较小的区域,而这种现象可能会导致岩浆房房壁周边的岩体倒塌。
想象一下,当一块砖头掉入装满水的桶中,水花将会从水桶中飞溅出来。塌陷的岩浆房房壁致使岩浆的四溅则会引起喷发,而这种类型的喷发是难以预测的。
(图源:theconversation.com)
岩浆房上方的变化过程
火山喷发也可以由岩浆房上方的压力损耗所导致,这种情况可能由多种事件导致,例如岩石上方的密度减少或火山顶部的冰雪融化。当台风通过处在临界条件下的火山时,也可以使火山喷发的能量加剧。
由于矿物质构成的变化,覆盖在岩浆房上的岩石可以被逐渐软化。随着覆岩密度在一定程度上的减小,它将难以承受来自岩浆的压力。有时,火山表面存在裂缝,水可以通过这些裂缝渗入火山内部,并与岩浆相互作用。当这些作用发生时,便会发生岩石的水热变化,最终导致火山喷发。
(图源:earthice.hi.is)
全球气候变暖导致火山山顶的积雪不断融化,当位于山顶的积雪大量融化时,位于岩浆房上方的压力就会减小。为了达到全新的平衡,岩浆会不断上升,导致火山喷发。一项研究显示,位于冰岛的艾雅法拉火山(Eyjafjallajökull)于2010年发生的火山喷发,可能就是由于上述原因导致的。据估计,冰岛融化的积雪已达到110亿吨/每年甚至更多。
1991年,第5号台风(Yunya)掠过位于菲律宾的皮纳图博火山(Mount Pinatubo)及其周边地区,台风的高速运行造成火山周边地区的压力明显减弱,火山上方的空气柱涌入了台风的运行路径,导致已经开始隆隆作响的皮纳图博火山的喷发。
鉴于岩浆在火山喷发过程中扮演的重要角色,对于岩浆的研究不仅可以预测自然事件,还可以让我们充分利用其规律造福人类。
参考文献:
http://theconversation.com/explainer-why-volcanoes-erupt-44732?
http://www.ipernity.com/doc/termf2/824553
http://www.emerinfo.cn/2020-08/17/c_1210755718.htm
科学媒介中心(SMC)微信公众号欢迎赐稿!稿件内容以新近发布的国内外科研成果和科技动态、国内社会热点及相关科技话题、日常科普知识等内容为主。欢迎投稿!愿科学媒介中心公众号能够成为媒体从业者和广大公众了解前沿科技和身边科学的一扇窗。原创稿件一经采用,我们将奉上稿酬!投稿邮箱:smc@cast.org.cn返回搜狐,查看更多