火山喷发出来的熔岩与水并无差别 反而与火截然不同

2022-12-07 16:46:01 来源:快科技
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我们在灾难题材的影视作品中常常会看到这样的场景:海底的火山剧烈喷发,翻搅出可怕的涡流和巨浪……面对这个画面,很多人的脑海中都曾闪过这样的一个问题:为什么海底的火山不会被海水浇灭呢?

火山≠喷火的山

在理解这个问题之前,需要先纠正部分人的错误印象。很多人在想起火山时,第一反应可能是一座高耸的锥形山,正在喷出粗大的烟柱——看上去就好像是一座正在喷火的山。

而在火山喷发之后,大面积飘落的大量白色火山灰,也与我们常见的烟灰极为类似,都是细颗粒的灰尘,都是灰白色。所以很多人下意识认为火山=喷火的山。

但如果我们拉近视角,近距离观察火山就会发现完全不是这样的。因为火山喷发出来的熔岩实际上是一种高温流体,在本质上与水并无差别,反而与火是截然不同的物质。

许多熔岩的近距离照片都可以明显看出它们很多时候与液体无异。

我们从小学习物理的时候就知道物质存在三种相态的变化:气体、液体、固体。与相态变化相关的则是熔点和沸点。

以水为例,水的熔点是 0℃,沸点是 100℃,当温度低于 0℃ 时,我们见到的固态水——冰;

当温度处于 0℃—100℃ 之间时,我们见到的是液态水;而当温度高于 100℃ 时,我们见到的则是气态水——水蒸气。

基本上所有物质都是这样,有熔点和沸点,并会随着温度而改变相态。

岩浆则是熔融的岩石——由于岩石成分非常复杂,其内部不同成分的熔点和沸点均不一致,所以其实大部分岩浆是固液气混合物。

而与之相比,火焰则是可燃物在燃烧过程中释放光和热以及各种化学产物的过程。在火焰中,主要物质成分是二氧化碳、水蒸气、氧气、氮气等气体。

理解了火山喷出的是岩浆,而岩浆是高温熔融体而不是火这一点之后,我们应该就能理解:当海底火山喷发的时候,岩浆进入海水中其实就好像在冷水槽中通入热水一样,而不是从海底喷出的大火。

冷水会让热水降温,但却无法像扑灭火焰一样,让热水消失,除非我们手动关闭热水水龙头。

海底火山从哪里来?

所以问题到了这里就变成,既然海底火山如同一个不断喷出热水的水龙头,而海水又会让岩浆降温变成岩石。

那么巨量的海水无疑能让喷出来的岩浆都凝固,从而堵塞火山口,让海底火山再也无法喷发吧?答案是不能。

因为火山实际上是行星级别的热量和物质循环的产物,地球不死,火山就不会停止活动。

整个地球其实是遵循着基本的物理和化学规律在运转的,这些规律并不深奥。

比如火山的形成和活动,就可以用热力学第二定律来解释——听起来很专业,但它的其中一种表述(克劳修斯表述)却很贴近我们的生活:热量总是自发地从高温热源流向低温热源,而不是相反。

如果追溯地球 46 亿年的演化历史就会发现这一规律的作用:大约 46 亿年前,地球在无数星子的碰撞中逐渐诞生,碰撞的能量转换为热量。

因此,当时的地球是一个巨大的岩浆球(整个或大部分地表都是岩浆),其表面温度高达数千摄氏度。

无数小行星的撞击下地球就是一个红彤彤的岩浆球,图片中的环状就是撞击产生的。

同时,原本分散在星子中的放射性元素也因此而聚集在一起,不断进行衰变,同时释放出能量。

这些能量让地球内部的岩浆一直处于加热状态。

但与此同时,由于宇宙背景温度很低,平均为 -270℃,所以地球以热辐射的方式不断向外传递热量(热量传递三种方式:热传导、热对流、热辐射,但宇宙中为真空,没有介质,所以地球只能以热辐射形式向外传递热量)。

既然传递了热量,那么地球肯定要降温——地表最先降温,于是这里的岩浆就会先冷却下来形成岩石,这就是最初的地壳了。

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