自然科普丨火山吐煙圈是怎么回事？它要爆炸了嗎？觀看會吸入二手煙嗎？

上月初，有人看到意大利埃特納火山吐出了一個個“煙圈”，向西西里島上空飄去。

這些“煙圈”呈現(xiàn)出白色圓環(huán)狀，在天上晃晃悠悠的好像小水母。
火山：我并沒有在抽煙！
這種“煙圈”被火山學(xué)家稱為火山渦環(huán)。它們的主要成分是水蒸氣，還夾雜著一些其他氣體，比如二氧化硫和二氧化碳。
當(dāng)火山口涌出的一股股熱氣遇到上方的冷空氣，就會使水蒸氣凝結(jié)。它們本身是無色的，不過凝結(jié)到一定程度，就會變成白色被我們看到。
一位火山學(xué)家表示，這些小圓環(huán)來自埃特納火山東南火山口的一處新的開口。它先噴出了一縷縷發(fā)光的氣體，第二天就開始產(chǎn)生大量圓環(huán)。
想要形成這種又圓又白的火山渦環(huán)并不容易。
首先對于火山來說，要形成這樣完美的環(huán)，火山口必須非常圓才行。
另外天氣條件也非常重要，如果有強風(fēng)可能就沒法形成火山渦環(huán)，而天氣非常平靜時，這些渦環(huán)能在空中懸掛好幾分鐘。

此前人們觀察到埃特納火山吐出的煙圈（圖片來源：參考資料[4]）

真正讓人感到困惑的，是火山內(nèi)部的這“一股股熱氣”從哪里來？以及，為什么有些火山能吐煙圈，有的不能？為什么有時一座火山可以吐出很多煙圈，有時卻沒有？這些問題都不好回答。
直到去年（2023年），終于有科學(xué)家通過計算機模型大致模擬出了火山內(nèi)部的過程。
參與其中一位科學(xué)家是來自意大利的火山學(xué)家西蒙娜·斯科洛（Simona Scollo），她說火山渦環(huán)的形成機制有點像海豚吐泡泡。
海豚會先到水面深吸一口氣，然后用將氣從嘴或氣孔里推出來，在壓力作用下使其形成一個環(huán)。
科學(xué)家通過熱成像攝像機觀察到，在火山渦環(huán)出現(xiàn)的前幾分鐘，會有一股熾熱的水蒸氣以極快的速度從火山口噴出，然后水蒸氣沿著火山口的邊緣向外卷起，形成管狀的渦環(huán)。
渦環(huán)中心的部分則以更高的速度被推出火山口，拖著渦環(huán)向上飄去。渦環(huán)也隨著水蒸氣凝結(jié)變得越來越清晰。

計算機模擬的火山口形成渦環(huán)的過程（圖片來源：參考資料[4]）

通過模擬，科學(xué)家認為這些氣團來自火山通道深處巖漿中的一個個小氣泡。小氣泡聚集在一起，形成更大的加壓氣團，跟周圍的巖漿一起上升。

當(dāng)巖漿帶著氣泡來到出口附近時，會遇到兩種情況，第一種是巖漿通道上面是開口的，另一種是巖漿通道的上方被之前冷卻凝固的巖漿堵住了。
在開口的通道中，巖漿內(nèi)部的加壓氣團和外部大氣存在壓力差，它們會頂破上方薄薄的巖漿層，小小爆發(fā)一下。可以想象煮粥的時候表面上那些“噗”了一下的小氣泡。

巖漿上升遇到的兩種不同情況。圖中橙色的部分是巖漿，藍色的是巖漿中的氣團（圖片來源：參考資料[4]）

在被堵住的通道中，氣體會在凝固的巖漿“塞子”下方聚集，如果下面又有不斷涌上來的氣泡，氣壓就會進一步增加。在這種情況下，可能會產(chǎn)生突然的爆炸，氣體可以將塞子頂起，或者將它震碎。
通道頂部的這兩種情況都會產(chǎn)生非常快速的向上的氣流，滿足形成火山渦環(huán)的條件。第一種情況比較好理解，在第二種情況中，如果塞子破裂，就可以給逸出的氣體讓路。
盡管聽起來有點危險，但是科學(xué)家表示吐煙圈的火山并沒有噴發(fā)的風(fēng)險。
埃特納火山曾噴發(fā)過數(shù)十次，最猛烈的一次發(fā)生在1669年。熔巖流摧毀了山坡下的十幾個村莊，人們在村莊上方挖了一條溝渠，努力將熔巖流引走，這可能是歷史上人類第一次成功轉(zhuǎn)移熔巖流。

2013年埃特納火山爆發(fā)時的場景（圖片來源：wiki）

不過這次埃特納火山爆發(fā)的概率并不大，火山學(xué)家表示火山排氣降低了爆發(fā)的可能性，如果它最終噴發(fā)，也只會噴出幾股火山灰，也許還有一點巖漿，但不會有什么破壞性。
所以人們大可以放心遠遠欣賞火山吐煙圈，畢竟這種現(xiàn)象并不常見。

參考資料：

[1]https://www.straitstimes.com/world/europe/italy-s-mount-etna-recorded-blowing-smoke-rings-into-the-sky-in-rare-occurrence?close=true

[2]https://www.smithsonianmag.com/smart-news/mount-etna-puffs-smoke-rings-into-the-sky-180984120/

[3]https://www.nytimes.com/2024/04/09/world/europe/smoke-rings-italy-volcano.html?auth=login-google1tap&login=google1tap

[4]https://www.nature.com/articles/s41598-022-26435-0

[5]https://www.britannica.com/place/Mount-Etna