火山爆发时会发生什么?

火山爆发是巨大的戏剧性事件，可以将其撕裂山脉。为了说明它们的力量，金妮·史密斯(Ginny Smith)用可乐和曼妥思(Mentos)制作了一些她自己的迷你爆发。但首先，剑桥火山学家克莱夫·奥本海默向克里斯·史密斯解释了一座喷发的火山内部到底发生了什么……

克莱夫:发生了很多事。你可以想象，岩浆在地壳中上升。我们知道，早在公元62年就发生了地震，这可能预示着岩浆的到来，岩浆又过了几年才到达地表。形成一条巨大的岩浆链甚至需要数百年或数千年的时间，但这将引发一场真正的大规模喷发。我们能想象的是，下面有一个类似于熔岩气球的东西随着岩浆的积聚而膨胀。它最终到达气球爆裂的地方岩浆开始向地表上升。他描述说，这些火山灰云升到很高的大气中，看起来像一棵松树，还有我们现在所认识的伞状云。

克里斯-是什么把火山灰从火山里推到空中的?当像这样的火山爆发开始时，是什么推动了这个过程?

克莱夫:火山学之所以非常复杂，描述火山喷发和岩浆过程之所以具有挑战性，其中一个原因是熔岩由物质的三个阶段组成。这是液体部分，很明显是熔岩。里面有固体晶体，也有气泡。这使它成为一种非常非常复杂的流体，当它到达表面时，它的行为方式非常复杂。但真正起关键作用的是气泡，它决定了火山喷发是非常剧烈和爆炸性的，还是熔岩从火山侧面流下来的更平静的液体。

克里斯:你能解释一下这个问题吗?为什么一开始会有这些气泡，为什么有些火山有气泡，有些火山没有?

克莱夫:地球是由许许多多化学物质组成的。有很多的碳，很多的硫，很多的氢，这些都是轻元素，如果有机会，它们想要变成气体而不是溶解在熔融的岩石中。当这些岩浆穿过地壳上升到地表时，这些化学物质正在形成气泡。当它们上升到更接近表面时，气泡会急剧膨胀，占据更多的空间。所以，整个过程可能会加速，导致非常剧烈的喷发。最终，这些气泡会使熔融的岩石破裂，并在一次非常猛烈的爆发中向大气中喷射出火山灰和浮石颗粒。

克里斯-这就是普林尼看到的。

克莱夫:确实如此，火山喷发持续了几天左右

克莱夫，我手里拿着的东西实际上有我的头那么大，甚至更大。如果那是花岗岩，我永远也做不到。我一只手拿着它。这是一块巨大的石头，但它非常轻。这是浮石，对吗?

克莱夫:是的，这是浮石。也许你在浴室里有一块浮石，用它在脚上刮掉所有的老茧，但它实际上是一种泡沫。这是一种火山岩，由你可能在更熟悉的致密熔岩中看到的相同物质组成，但它在过去火山气体所在的地方充满了微小的气泡。所以，这是在表面起泡，然后因为它很轻，它可以被射到很高的大气中。浮石的另一个特点是它会漂浮在水面上，直到所有的小气孔都被饱和。有可能找到从火山喷发中穿越数千公里大洋而来的浮石。

克里斯-那这一段呢?这是非常非常不同的事情。这东西很重，但相对于它的重量来说却非常非常小。那是什么?

克莱夫:这件作品肯定不是来自维苏威火山。这是一块黑色的岩石，它被扭曲成一根绳子。这是熔岩流的一块我们称之为pahoehoe的纹理来自夏威夷语。那里有相对流动的熔岩，当它喷出并流过地面时，形成了这些线圈和像绳子一样的形状。

克里斯:但是因为它不像我们刚才看到的浮石样本那样含有气体，所以它不会像维苏威火山那样具有爆炸性。这就是为什么夏威夷看起来很软，看起来很漂亮，相对于维苏威火山和最近的圣海伦火山这样的大规模爆发，我想夏威夷要安全得多。

克莱夫:没错。我的意思是，像夏威夷这样的火山当然仍然存在一些危险。一是熔岩非常稀，它们可以非常快地流动，并从火山到达很远的地方。如果他们到达定居地区，那就有问题了。但可以肯定的是，你不会得到像小普林尼所说的普林尼火山爆发那样剧烈的喷发。

克里斯-剑桥大学的克莱夫·奥本海默。非常感谢。金妮，克莱夫刚刚讲了不同类型的火山喷发我知道你要为我们做一个厨房科学火山喷发。

金妮——是的，我现在要做一个实验，你们中有些人可能听说过。在座有谁听说过可口可乐和曼妥思的实验?

观众:是的!

金妮-你们很多人。好，我们要做两次但愿，这能说明不同火山之间的不同。所以，我的第一瓶可乐是全糖可乐，几个小时前我打开它，摇了一下。所以希望，这样就能排出里面的一些气体。我有一卷纸和一张卡片，就像明信片一样。我要把那张卡片放在瓶子的顶部，把卷起的管子放在上面，然后我要拿大约6个曼妥思。我要把管子排好。我把曼妥思放进了与可乐瓶顶部对齐的管子里。所以，阻止他们进去的就是我的明信片。然后我要做的就是把明信片拿出来，然后尽快地跑掉。

克里斯-你想算进去吗?

观众:3、2、1……

克里斯-好的。我们现在弄得一团糟。你看到了什么?

男-我看到一堆可乐像火山一样爆炸了。

金妮——所以，发生的事情是液体可乐嘶嘶作响，冒泡。我们产生了很多气体，然后从瓶子的顶部出来，因为它太大了，装不进瓶子。

克里斯:这就是把它挤出来的原因，因为曼妥思会沉到底部。这些气体从周围的溶液中产生出来占据了很大的空间现在瓶子里没有足够的空间容纳气体和可乐了。

金妮——没错。所以，可乐中已经溶解了气体。这就是为什么它会起泡。它含有二氧化碳。但是气体形成气泡所需要的是一个叫做成核的地方。基本上，要制造气泡是非常困难的，除非有东西可以让它在上面产生，这个东西可以是一点污垢，可以是玻璃上的一点划痕。它可以是各种各样的东西。所以，如果你有一个完美的杯子，你把香槟或啤酒倒进去，实际上你不会得到任何气泡，这应该有点垃圾。正是这些缺陷导致了气泡的形成。曼妥思的特别之处在于，它的外面有一层脆皮，是用糖喷上去的。 In doing that, it makes a very rough layer and that layer is brilliant at nucleating bubbles because it's so rough. It's got all these little crevices that the bubbles can grow on. So, when I put the Mentos in and they sink through the liquid, as they're sinking, loads and loads of bubbles are forming on the outside of them and those bubbles expand and the pressure caused by them drives the Coke out of the top of the bottle.

克里斯-这和我们听到的普林尼的所见所闻有什么关系?

岩浆里面有溶解的气体，就像我们的可乐里面一样。当它开始上升时，压力被释放，这使得它能够成核并形成泡沫，就像那样，这就是浮石。

克里斯-那你坐在那的第二个实验呢?

金妮-好吧，我的第二瓶酒还没开封。所以，还没有任何气体逸出的可能。也是健怡可乐。没有人完全确定原因，但很明显，健怡可乐比全糖可乐更有效。一种理论是，它的粘性稍低，所以它应该更容易起泡。另一种说法是，健怡可乐中使用的甜味剂降低了水的表面张力。所以，水有这样一种东西，它喜欢粘在自己身上这就是为什么，你可以把你的杯子装满，让它变得有点圆，因为这个东西叫做表面张力。健怡可乐中的甜味剂稍微破坏了这一点。所以，这使得水分子更容易分离，希望我们能看到更剧烈的喷发。谁想看这个?

克里斯-这有点像拉开手榴弹的引线。

金妮-所以，你听到的实际上是一些气体在逃逸。这并不理想，因为我们想用气体来喷发，但希望只有一点点气体，所以没关系。所以，我要把我的纸管和明信片重新排好。

克里斯-好的，我们把曼妥思从包里拿出来。那么6是最优数吗?

Ginny - 6是我那天在花园里试过的。好了，把曼妥思放进试管里。

克里斯-你想倒数一下吗?

观众:3,2,1走……

金妮——谁觉得这个比第一个好看?

观众:我。

金妮——它从瓶子顶上飞出了大约一英尺高。第一个，它只是轻轻地从顶部冒出来，但是那个，我们实际上得到了一个大约一英尺高的射流。因为那里有更多的气体，气体就有更大的可能性成核，形成气泡，然后喷发出来。但是如果你们现在看一下瓶子，你们能看到瓶子里剩下的可乐吗?

女孩:加糖的少了，喝健怡可乐的少了。

金妮——没错。所以，如果我现在看这瓶糖可乐，它仍然是2/3满的。实际上我们并没有损失那么多如果我看一下无糖可乐，只剩下三分之一。所以，因为有了更多的气体，就会发生更剧烈的反应，喷出更多的岩浆。但在这两种情况下，仍然有岩浆留下，这很重要。这就是为什么一座火山永远不会完全空无一物，而且同一座火山实际上可以多次喷发。