云是液体还是气体(云是气体么)

在公元前79年。在今天的意大利南部,一座名为Pompeii(庞贝)的罗马城镇在高出海平面3公里的Vesuvius山下蔓延,Vesuvius是一座火山。

到8月24日下午1点,Vesuvius火山突然喷发,将含有热气、微小的玻璃碎片和岩块喷向天空。这些物质大部分进入大气层,但也有一些冲下山坡,像滚烫的雪崩一样,几分钟后席卷并掩埋了庞贝古城。18世纪后,当考古学家开始在那里进行挖掘时,在废墟中发现一些被灰烬包围的尸体变成灰尘后留下的空地。考古学家用石膏填充空间,制作出庞贝居民在死亡时刻痛苦扭曲且绝望的挤成一团的模型。。

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公元前79年,描绘Vesuvius火山爆发掩埋了Pompeii的画;一个被埋在地下的不幸受害者的石膏模型

古罗马人认为火山爆发是火神瓦肯(Vulcan)锻造武器的时候发生的。现在没有人再相信这个罗马神话了,但这位神的名字作为英语单词volcano的词根而被载入史册。地质研究表明,火山爆发是岩浆活动的表现形式,指地下深处的岩石融化,产生的熔岩上升到地壳及地球表面的过程。

1.岩浆的形成

1.1地球内部融化的原因

大众媒体给人一种错误的印象,认为地壳下的地幔是完全熔融的,而岩浆活动发生在“地下岩浆海”和地球表面之间的管道打开时。这个印象是错误的!地壳和地幔都主要由坚硬的岩石组成。你可以通过对比一下地温等温线(代表温度随地球深度变化的直线)与固相线(熔融曲线:代表熔融发生温度和压力条件的线)来了解其中的原因。

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降压熔融:当作用在受热岩石上的压力降低时,就会发生减压融化。

温度和压力都随着地球深度的增加而增加。温度的升高使原子振动得更快,并试图打破晶体的束缚,这一过程将形成液体。压力的增加使原子保持在一起,阻止它们打破束缚,使晶体保持固态。

尽管坚硬的地壳和地幔大部分是固体,但仍有大量的岩浆形成。为什么?由于当温度、压力或化学成分发生变化,已经存在的岩石会在特定的位置熔化并产生岩浆。让我们逐个看看这些原因:

1.1.1减压熔融

在较低的压力下,原子之间的结合不那么紧密,在非常热的岩石中,压力的降低会引发融化。当热岩石从地幔深处未经过冷却而上升到较浅深度时,就会发生这种减压融化

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导致减压融化的条件发生在几种不同的地质环境中

1.1.2挥发分导致的熔融

如果你生活在寒冷的气候,你可能会在人行道上撒盐来融化冰,因为添加盐到水中会降低水的融化温度。当挥发性化合物(很容易以气态形式存在的化合物),如水(H2O)和二氧化碳(CO2)渗入非常热的固体岩石时,也会发生类似的过程。地质学家将由于添加挥发性化合物而导致的融化称为助熔剂熔融(flux melting)

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助熔剂熔融:发生在俯冲带挥发物进入热的地幔物质

1.1.3热传导熔融

不是所有的岩石类型都在相同的温度下开始融化。具体地说,地幔岩石在较高的温度(大约1200℃),大陆地壳岩石在较低的温度(约700℃)。从地幔喷出的岩浆比大陆地壳的熔化温度要热得多。岩浆所带来的热量可能会使周围地壳的温度上升到足以熔化的程度。这种熔化被称为热传导熔融,因为它是热量从较热的物质传递到较冷的物质的结果

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当上升的岩浆带来热量并融化上覆或周围的岩石时,就发生了热传导熔融

在特定的温度和压力条件下,只有一小部分岩石会在岩浆迁移出去之前熔化。地质学家认为岩浆往往是部分熔融的产物。地球上的熔融岩石代表了2%到20%的部分熔融程度。我们把熔化后产生岩浆的岩石称为岩浆源。

1.2不同类型的岩浆

岩浆是由许多化学物质,如氧、硅、铝、铁、镁、钾、钠和钙等氧化物组成的,但并不是所有的岩浆都有相同的成分。地质学家根据岩浆中SiO2与Fe2O3和MgO的比例,将岩浆分为四种主要类型。镁铁质(mafic)岩浆中Fe2O3和MgO的比例相对SiO2较高。字母ma代表镁,字母fic代表铁(源自拉丁文ferric)。超镁铁质(ultra-mafic)岩浆比镁铁质岩浆含有更多的铁和镁氧化物,所以我们加上前缀ultra。长英质岩浆含有较高比例的SiO2,因此地质学家有时用硅质代替长英质。中性岩浆之所以得名,只是因为它的成分介于长英质岩浆和镁铁质岩浆之间。总之,岩浆组成按硅含量从低到高的顺序排列为超镁铁质、镁铁质、中性和长英质。

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岩浆的主要类型

值得注意的是,部分熔融产生的岩浆比岩浆源更富长英质,为此,地幔超镁铁质岩部分熔融形成镁铁质岩浆,大陆地壳岩石部分熔融形成长英质岩浆。在特定地点发现的岩浆(或熔岩)的特定成分取决于许多因素,岩浆保持液态的温度取决于它的成分,所以不同类型的岩浆有不同的温度。

1.3熔融产生的火山气体

在火山上空升起的乌云看起来像房子着火时冒出的烟,但是它的成分有很大的不。烟由煤烟(微小的碳颗粒)、各种有机化学物质、水和二氧化碳组成。相比之下,火山排放物包含火山灰(玻璃薄片),称为气溶胶的非常微小的(<0.001毫米)液体或固体颗粒,以及各种火山气体,这些气体来自地下并从火山口上升。火山气体包括H2O、CO2、二氧化硫(SO2)和硫化氢(H2S)。

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在Alaska Aleutian Islands的一座火山上,一团混杂着火山灰的气体云升起

火山气体来自哪里?它们中的原子最初是与岩浆源中的矿物结合的挥发性化合物。当岩浆源部分熔融时,挥发分与固体矿物分离。在深部的高压下,这些化合物仍然溶解在岩浆中,就像二氧化碳溶解在未开封的啤酒罐中一样。当岩浆接近地球表面的,上覆岩石和岩浆施加的压力减少,在深度约5公里的地下,挥发物从溶液中出来形成气泡。

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