自然科普丨火山吐煙圈是怎么回事？它要爆炸了嗎？觀看會(huì)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(gè)個(gè)“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(huì)使水蒸氣凝結(jié)。它們本身是無(wú)色的，不過(guò)凝結(jié)到一定程度，就會(huì)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(lái)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(duì)于火山來(lái)說(shuō)，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(qiáng)風(fēng)可能就沒法形成火山渦環(huán)，而天氣非常平靜時(shí)，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(lái)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(lái)？以及，為什么有些火山能吐煙圈，有的不能？為什么有時(shí)一座火山可以吐出很多煙圈，有時(shí)卻沒有？這些問(wèn)題都不好回答。
直到去年（2023年），終于有科學(xué)家通過(guò)計(jì)算機(jī)模型大致模擬出了火山內(nèi)部的過(guò)程。
參與其中一位科學(xué)家是來(lái)自意大利的火山學(xué)家西蒙娜·斯科洛（Simona Scollo），她說(shuō)火山渦環(huán)的形成機(jī)制有點(diǎn)像海豚吐泡泡。
海豚會(huì)先到水面深吸一口氣，然后用將氣從嘴或氣孔里推出來(lái)，在壓力作用下使其形成一個(gè)環(huán)。
科學(xué)家通過(guò)熱成像攝像機(jī)觀察到，在火山渦環(huán)出現(xiàn)的前幾分鐘，會(huì)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(lái)越清晰。

計(jì)算機(jī)模擬的火山口形成渦環(huán)的過(guò)程（圖片來(lái)源：參考資料[4]）

通過(guò)模擬，科學(xué)家認(rèn)為這些氣團(tuán)來(lái)自火山通道深處巖漿中的一個(gè)個(gè)小氣泡。小氣泡聚集在一起，形成更大的加壓氣團(tuán)，跟周圍的巖漿一起上升。

當(dāng)巖漿帶著氣泡來(lái)到出口附近時(shí)，會(huì)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(tuán)和外部大氣存在壓力差，它們會(huì)頂破上方薄薄的巖漿層，小小爆發(fā)一下?？梢韵胂笾笾嗟臅r(shí)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(lán)色的是巖漿中的氣團(tuán)（圖片來(lái)源：參考資料[4]）

在被堵住的通道中，氣體會(huì)在凝固的巖漿“塞子”下方聚集，如果下面又有不斷涌上來(lái)的氣泡，氣壓就會(huì)進(jìn)一步增加。在這種情況下，可能會(huì)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(huì)產(chǎn)生非?？焖俚南蛏系臍饬?，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(lái)有點(diǎn)危險(xiǎn)，但是科學(xué)家表示吐煙圈的火山并沒有噴發(fā)的風(fēng)險(xiǎn)。
埃特納火山曾噴發(fā)過(guò)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(gè)村莊，人們?cè)诖迩f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(shí)的場(chǎng)景（圖片來(lái)源：wiki）

不過(guò)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(huì)噴出幾股火山灰，也許還有一點(diǎn)巖漿，但不會(huì)有什么破壞性。
所以人們大可以放心遠(yuǎn)遠(yuǎn)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