火山噴發出來的熔巖與水并無差別 反而與火截然不同

2022-12-07 16:46:01 來源:快科技
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我們在災難題材的影視作品中常常會看到這樣的場景:海底的火山劇烈噴發,翻攪出可怕的渦流和巨浪……面對這個畫面,很多人的腦海中都曾閃過這樣的一個問題:為什么海底的火山不會被海水澆滅呢?

火山≠噴火的山

在理解這個問題之前,需要先糾正部分人的錯誤印象。很多人在想起火山時,第一反應可能是一座高聳的錐形山,正在噴出粗大的煙柱——看上去就好像是一座正在噴火的山。

而在火山噴發之后,大面積飄落的大量白色火山灰,也與我們常見的煙灰極為類似,都是細顆粒的灰塵,都是灰白色。所以很多人下意識認為火山=噴火的山。

但如果我們拉近視角,近距離觀察火山就會發現完全不是這樣的。因為火山噴發出來的熔巖實際上是一種高溫流體,在本質上與水并無差別,反而與火是截然不同的物質。

許多熔巖的近距離照片都可以明顯看出它們很多時候與液體無異。

我們從小學習物理的時候就知道物質存在三種相態的變化:氣體、液體、固體。與相態變化相關的則是熔點和沸點。

以水為例,水的熔點是 0℃,沸點是 100℃,當溫度低于 0℃ 時,我們見到的固態水——冰;

當溫度處于 0℃—100℃ 之間時,我們見到的是液態水;而當溫度高于 100℃ 時,我們見到的則是氣態水——水蒸氣。

基本上所有物質都是這樣,有熔點和沸點,并會隨著溫度而改變相態。

巖漿則是熔融的巖石——由于巖石成分非常復雜,其內部不同成分的熔點和沸點均不一致,所以其實大部分巖漿是固液氣混合物。

而與之相比,火焰則是可燃物在燃燒過程中釋放光和熱以及各種化學產物的過程。在火焰中,主要物質成分是二氧化碳、水蒸氣、氧氣、氮氣等氣體。

理解了火山噴出的是巖漿,而巖漿是高溫熔融體而不是火這一點之后,我們應該就能理解:當海底火山噴發的時候,巖漿進入海水中其實就好像在冷水槽中通入熱水一樣,而不是從海底噴出的大火。

冷水會讓熱水降溫,但卻無法像撲滅火焰一樣,讓熱水消失,除非我們手動關閉熱水水龍頭。

海底火山從哪里來?

所以問題到了這里就變成,既然海底火山如同一個不斷噴出熱水的水龍頭,而海水又會讓巖漿降溫變成巖石。

那么巨量的海水無疑能讓噴出來的巖漿都凝固,從而堵塞火山口,讓海底火山再也無法噴發吧?答案是不能。

因為火山實際上是行星級別的熱量和物質循環的產物,地球不死,火山就不會停止活動。

整個地球其實是遵循著基本的物理和化學規律在運轉的,這些規律并不深奧。

比如火山的形成和活動,就可以用熱力學第二定律來解釋——聽起來很專業,但它的其中一種表述(克勞修斯表述)卻很貼近我們的生活:熱量總是自發地從高溫熱源流向低溫熱源,而不是相反。

如果追溯地球 46 億年的演化歷史就會發現這一規律的作用:大約 46 億年前,地球在無數星子的碰撞中逐漸誕生,碰撞的能量轉換為熱量。

因此,當時的地球是一個巨大的巖漿球(整個或大部分地表都是巖漿),其表面溫度高達數千攝氏度。

無數小行星的撞擊下地球就是一個紅彤彤的巖漿球,圖片中的環狀就是撞擊產生的。

同時,原本分散在星子中的放射性元素也因此而聚集在一起,不斷進行衰變,同時釋放出能量。

這些能量讓地球內部的巖漿一直處于加熱狀態。

但與此同時,由于宇宙背景溫度很低,平均為 -270℃,所以地球以熱輻射的方式不斷向外傳遞熱量(熱量傳遞三種方式:熱傳導、熱對流、熱輻射,但宇宙中為真空,沒有介質,所以地球只能以熱輻射形式向外傳遞熱量)。

既然傳遞了熱量,那么地球肯定要降溫——地表最先降溫,于是這里的巖漿就會先冷卻下來形成巖石,這就是最初的地殼了。

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