本周，为了庆祝印尼坦博拉火山毁灭性喷发200周年，我们在迈克尔·列维的音乐伴奏下，探索火山科学。我们找出了火山爆发的原因，我们询问火山爆发是否可以预测，我们如何保证人们的安全，我们在实验室里重现了火山爆发的物理过程。
在这一集里
火山爆发可以预测吗?
与剑桥大学地球科学系Marian Holness教授合作。
火山爆发前通常会有地震等预警信号。——然而，直到最近，人们
我不知道这些标志是什么意思。但是地球内部到底发生了什么导致了这些戏剧性的事件呢?剑桥地球科学家玛丽安·霍尔尼斯向克里斯·史密斯解释了火山的成因。
玛丽安-火山是地壳上熔岩可以逸出的地方。所以，你经常会发现它们实际上位于地壳的主要裂缝上方，主要断层向下延伸数十公里，因为这为熔岩的上升提供了一个非常容易的途径。
克里斯:那地理位置呢?因为有些地区有很多火山，而有些地区没有。这些地区有什么特别之处?
Marian -如果我们从地球的中心开始，我们有一个由铁组成的固体地核，然后地核的外层也是由铁组成的，是液体，通过对流移动。再往外看地幔，我们又回到了固体岩石一直到地壳表面都是固体。所以，如果我们想要造一座火山，我们必须融化固体地幔。因此，我们可以在三个不同的地方做到这一点。现在，如果你看看像大西洋这样的海洋中心，我们有两个海洋板块正在被拉开。因为你不能在地球上挖一个洞，如果你把这些海洋板块拉开，你就会迫使这两个板块下面的固体地幔向上。它上升得非常快，因为它上升得很快，它不会失去任何热量，所以它开始融化。然后融化的水直接上升到表面，然后你就会看到一条连续的火山线，一直延伸到海洋中脊。这是制造火山的一种方法。
克里斯-很明显，那些远离洋中脊的板块移动的速度和你指甲生长的速度差不多。这是真的吗?
玛丽安:没错，一年几厘米。板块运动最快的是东太平洋，每年移动22厘米。
克里斯-除了大洋中脊，还有哪里有火山活动?
玛丽安:嗯，我们最喜欢的火山地区是冰岛。这是离我们最近的，这是因为固体地幔是固体，但它是对流的。这是移动。所以，热量从地球中心被带走，像沸水一样向上移动。如果你把这种热的固体物质的羽流带起来，它的移动速度足够快，以至于它会融化。所以，你得到了一个热点火山。这就是我们在冰岛下面看到的。所以，你会发现海洋中的许多度假胜地实际上都位于热点地区之上。夏威夷是圣赫勒拿岛，拿破仑就在圣赫勒拿岛。这些都是火山岛，坐落在其中一个热点之上。
那维苏威火山所在的意大利呢?
玛丽安:这是地幔融化的最后一种方式，海洋板块向大陆板块移动。大洋板块相当重且密度大，它将俯冲到大陆的下面。所以，在意大利这个特殊的例子中，我们看到了非洲向欧洲的运动。非洲板块的末端有一小块大洋板块，也就是地中海所在的地方然后被俯冲到欧洲下面。现在，海洋板块已经和海水接触了。所以，你放入地球的岩石是湿的。你把这些岩石放入地球的速度非常快，岩石中的水被释放出来。如果你把水加到固体地幔中，它就会融化。所以，你所做的就是把地中海推到意大利下面，水流出来，进入地幔，然后融化。所以，意大利有幸拥有众多的火山。 You've got Etna, you've got Stromboli, you've got Vesuvius, and you've got other small ones as well. They're all there because of the continental collision between Africa and Europe.
克里斯:让这一切成为可能的热量来自哪里?
玛丽安:有几种不同的热源。当地球最初由尘埃云中的许多不同粒子形成时，它们聚集在一起，释放出势能和引力能。所以，你一开始就有一个很棒的热球。另一种仍在继续的热源是放射性衰变。所以，我们在地球上有一整套的元素在进行放射性分解，每次它们这样做的时候，都会产生热量。这就是地球热的原因。它的中间非常非常热，它通过对流失去了热量。这种对流的地表表现形式就是火山。
克里斯:回到普林尼的经历，在火山真正喷发之前发生的这些地震的原因是什么?
玛丽安:那是因为一些熔岩正在向上移动，随时准备喷发。所以，熔岩向上移动是因为它的密度很低。它的浮力很大，它想要上升。地球上没有洞。所以，它为自己创造空间的方式就是把其他东西都推开。当它把它推开时，就会产生地震。它要打破岩石才能出来。这就是他所经历的。
克里斯-如果你看到所有这些岩浆都涌向地球表面，你是否认为这几乎是一种膨胀?地球会膨胀吗，或者火山爆发的地方，会因为岩石的移动而变大吗?
玛丽安:是的。所以，如果你喜欢的话，你可以观看火山呼吸。所以，当岩浆在喷发前向上移动时，火山就会膨胀。一旦火山爆发，它就会再次崩塌。
克里斯:肿了多少?
玛丽安:嗯，在美国有一座火山，圣海伦火山，它在1980年5月爆发了，而且膨胀得很大。你甚至不需要特殊的仪器就能看到它。你可以看到火山爆发前，山的一侧突然隆起。
克里斯:天哪!这就是危险信号。
玛丽安:是的。在那个时候，你要尽可能快地让开。你有一个数周，数天的时间尺度。你有时间离开。
克里斯，Marian Holness教授，非常感谢。现在是时候进行实验了，每个月，金妮都会从厨房里为我们做一些实验性的东西。你地板上有个烤面包机。
金妮——我们已经谈了很多关于热、对流和热的东西试图到达地球表面的问题。所以，我想给你们展示一个小演示，你们可以看到为什么热的东西会上升，为什么这是有用的。所以，我这里有一个烤面包机，就是一个你在任何厨房里都能找到的普通烤面包机。我还有一张硬纸板，我把它卷成一个管子。
克里斯-我们在地板上放了一个烤面包机。它有一个大的纸板管，大约有一英尺半高，就像烤面包机的烟囱一样。
Ginny -是的，所以如果你把手放在顶部，不要太近，但正好在管子的顶部，你应该能感觉到一些热量。
克里斯-是的。当时有很多热空气从那里冒出来，实际上比下议院的热空气还多。
金妮:那么，我们要做的就是试着把热空气困住，看看会发生什么。我这里有一个垃圾袋，我在底部的四个地方放了一些胶带，大致对称，这样就能让它稳定下来。我要做的是把垃圾袋放在管子的顶部，你可能会看到垃圾袋开始发生一些变化。有人看到有什么事发生吗?
男-里面充满了热空气?
金妮-没错。垃圾袋在膨胀，这就像火山在岩浆进入时膨胀一样。现在，你觉得如果我放开这个垃圾袋会发生什么?
男:它会像热气球一样上升。
金妮——我们来看看能不能成功?
5、4、3、2、1……
克里斯-她确实应该为此鼓掌。好吧，金妮，垃圾袋为什么飞走了?
金妮——它在充满热空气时膨胀的原因是因为热空气比冷空气密度小。这是什么意思呢?空气是由分子组成的，它们到处乱飞，它是气体，所以它们都可以到处乱飞。但是当你加热它们的时候，你所做的就是给这些分子更多的能量。所以，它们的速度更快。当它们这样做的时候，它们实际上是在撞到袋子上。这就是为什么你会看到袋子膨胀因为这些分子四处奔涌，它们会撞到袋子里。因为它们四处奔波，它们最终彼此之间的距离也比在冷空气中更远。所以，你有同样的空间，但是更少的分子，因为它们之间的距离更远了。因为在同样大小的空间里有更少的分子，所以它会更轻。 We call that less dense and light things like to float, just like a cork floats in water, but a rock doesn't because the rock is more dense, it's heavier for its size, so it sinks. Hot air is less dense, lighter for its size so it rises. And the same applies to magma. When it's hot, it rises because it's less dense. It wants to float effectively on the denser, cooler magma. And you also get something called convection. So, as you saw with the hot air balloon, it didn't just keep going up and up forever. It went up and then it came down again. And that's because as it rises, the air inside it starts to cool again and then because it's cooling, it's becoming less dense, it's becoming heavier that it can't support the weight of the bag anymore so it has to sink again. The same thing happens inside the Earth in the magma. It gets hot, it rises, it starts to cool and then it can start to sink again. That means it's doing this big sort of mixing. That's what we call convection.
克里斯-但它不是由烤面包机驱动的。
金妮——不。地球内部的热量比我的烤面包机里的热量要多一点……
火山爆发时会发生什么?
剑桥大学地理系克莱夫·奥本海默教授
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。
火山灰的影响
与剑桥BP多相流研究所的Andy Woods教授合作
尽管它看起来很壮观，但它实际上并不是火山喷发出来的熔岩
这具有最广泛和最具破坏性的影响。火山经常喷出数吨的火山灰，这些火山灰可以在空中和地面上传播很长的距离，形成致命的火山碎屑流。安迪·伍兹向我们展示了他是如何用鱼缸和一些有色水来模拟这些火山灰流的。但首先，他解释了小普林尼在观察公元79年维苏威火山喷发时所能看到的东西……
安迪:在这一点上，我们从描述中听到的是火山喷出的火山灰上升到大气中，然后在大气中扩散成云。随着它的扩散，它会形成一个非常厚的云，垂直范围长达数公里。所以，没有光能够穿过它，所以它会变得越来越暗。随着云层呈放射状扩散，落下的火山灰会落在地面上，在地板上形成一大片火山灰。
克里斯:真的吗?公里厚?
安迪-是的。因此，在这些大喷发中，这些大烟柱的典型上升高度可达20 - 25公里。所以，火山灰非常热。当它从地下冒出来时，温度高达1000度左右。大量的热能可以转化为势能，也就是把物质提升到大气层高处所需的能量。事实上，我带来了一个小实验来演示这个过程是如何工作的。在我身后，我有一个大约一米高的水箱。它的横截面是20厘米乘20厘米，里面充满了咸水。当我们穿过水箱时，水里的盐含量会减少。所以，水箱底部的水很咸，当我们移到水箱顶部时，水的咸度就低得多。
克里斯-为什么?
安迪:所以，这就是我们建立实验的方式，为了模拟大气。当你穿过大气层上升时，温度实际上会变得越来越高。所以，当你在大气中上升时密度会越来越低。所以，当火山灰从火山喷出时，它会以每秒200米的速度上升，与大气中的空气混合，并加热空气。正是低层大气中的空气被加热产生了这种低密度的空气和微粒的混合物。正如我们之前看到的，当袋子离开烤面包机时，一旦我们让空气的密度加上灰烬的密度低于周围空气的密度，这种混合物就会上升到大气中。当它上升时，它继续混合，它会继续混合，继续上升，直到热能耗尽。当它与低层大气中的大量冷空气混合时，热能就会耗尽，基本上，这种混合物的大部分温度变得与比大气高得多的温度相似。
克里斯-那喷发柱呢?你将如何创造它?
安迪:关于火山，我们带了一个水泵，还有一罐红色的水，用来表示火山喷出的炽热火山灰。如果我打开水泵，我们会看到红色的液体会浮上来红色的液体是淡水。这是一个非常低密度水的模型。我把这个打开。
克里斯:我们现在要把水从水箱底部中间的一个洞吹进去。
安迪——想象一下可口可乐从瓶子顶部冒出来的泡沫。现在它进入了水箱，我们看到这个红色液体上升，你看到它是一个非常湍流的流动。它在上升的过程中混合并吞没了大量的水。你看到的是它在这一点上停止上升，现在它开始扩散到罐壁。现在，想象你站在离火山有一段距离的地方，在你的上方，当你抬头时，你看到这片红色的云，这就是黑火山灰。来自太阳的光无法穿透正在散开的大云层。因此，普林尼会看到，随着火山灰的扩散，它会变得越来越暗，形成我们所说的巨大的伞状云，它会扩散到离火山几十公里远的地方，在离地面20-25公里的高度。由于火山灰很重，它们会逐渐像雨一样落下，形成一个巨大的火山灰覆盖层。
克里斯:但是你知道像维苏威火山那样大小的火山会喷出多少火山灰吗?
安迪:像维苏威火山这样的大喷发，我们看到每秒有106或107公斤的物质喷发出来。
克里斯-每秒一千吨。
安迪:是的。所以，如果你想一下家用冰箱，那可能是1吨。所以想象一下你有一立方米——一个冰箱——想象一下每秒钟有一千万个冰箱出来。这是你在一次大喷发中看到的物质量。当然，它没有大冰箱那么大。会有一系列的火山灰颗粒，从非常非常小的颗粒到几百微米，也就是1/10毫米。它们长到这里这块浮石那么大可能有一米长。随着维苏威火山的持续喷发，一段时间后从地下岩浆库到地表的管道被侵蚀了。它实际上是被经过的快速移动的岩石喷砂了。随着它的侵蚀，喷发变得越来越快，越来越强烈。 Eventually, the very dense mixture that came out of the ground couldn't actually rise up and become buoyant. Instead, it collapsed and formed a flow, a pyroclastic flow. This would run along the ground.
Chris -你能再解释一下为什么它会沿着地面走吗因为我不太明白?为什么它不想继续上升呢?
安迪:当它从火山出来的时候，它的质量很大，大部分是固体物质。所以，它实际上比空气密度大得多。只有在上升的前一两公里，它才会与足够的空气混合并加热空气，所以它的密度会低于周围空气的密度。但是当流速越来越大的时候，它就不能把足够多的空气混合在这一两公里的地方，从而降低周围空气的密度。所以，它的行为不像一个热气球，它更像是一个指向上方的水管，水从里面出来，它走了一段距离，然后像喷泉一样倒回地面。所以，它开始沿着地面扩散。它仍然很热，你仍然有这些非常细的灰烬。它可能有几百米厚。所以，如果你想象高楼可能有几十米高它将以每秒几百米的速度运动。你无法逃避它，而且实际上很难把它赶走。 So, even if you think if Usain Bolt who runs 100 metres in 10 seconds, it will be going 10 times faster than Usain Bolt. So, if we perhaps have a look at the experiment, we can see how this flow works.
克里斯:这看起来像一个鱼缸，但是稍微长一点，稍微窄一点。它有几米长，20厘米深，10厘米宽，里面装满了清澈的液体。那是水吗?
安迪:所以，它充满了盐水，在水箱的一端，在水箱的一端，我们有一个锁闸门。这是一个垂直的部分，它将水箱的前10厘米与水箱的其余部分分开。在闸门后面，我要向盐水中加入一些颗粒，你可以把这些颗粒想象成岩石和灰烬，混合在水流中。因为我加入了这些粒子，锁后面的流体密度就会比下面的流体密度大。所以，这是一个类比观察岩石和空气的密集流动进入空气中没有岩石。我们把粒子倒进去，搅拌一下，这样就有了粒子悬浮液。我现在要把门锁拉开。你能看到的是气流沿着水槽流动因为它密度很大，你能看到它是一个非常湍流的结构。它在行进的过程中吞没了上面的很多水。它逐渐变慢了，因为粒子负载从流中掉了下来。 And so, there's nothing to drive it further forward.
克里斯:所以，我们看到的是，当我们把闸门拿掉的时候，混合物沿着水箱的底部急速流动，我想这就像火山云从山的一边飘下来一样。但它走得越远，速度就越慢，这最终是因为没有剩下的粒子来推动它了。
安迪:没错，这就是这些强大的火山灰流是如何传播的故事的一部分。但还有一个非常令人惊讶的额外影响，因为这些火山灰流非常热。所以，我想给你们看第二个实验，我们将包括两种粒子的影响，而且，事实上，火山灰流是热的。现在，热的事实意味着气流中的空气密度比周围空气的密度小。所以，当气流传播的时候它会掉下一些粒子，最终，它会掉下足够多的粒子剩下的密度会比周围空气的密度小。在这一点上，它应该离开地面，上升到大气中。我有一种红色液体，或者放一些颗粒进去，现在这是淡水了。所以，为了模拟它，它的密度更小，我们用的是淡水。水箱里有咸水。所以，只有淡水想要上升到顶部。 But because we've put particles in, the mixture of the fresh water in the particles starts off being more dense. It's only when the particles fall out that it can lift off.
克里斯:讲到火山喷发到一定程度之后就停止了，有没有当代的例子因为圣海伦火山不是这样吗?你看到树木被摧毁了，被摧毁了，然后突然间，所有的树木又重新站立起来了?
安迪:是的。所以，圣海伦火山是人们第一次了解这种现象的火山爆发因为那里有非常高大的花旗冷杉它们都像火柴棍一样被火山碎屑流吹倒了。但是在离火山大约15公里的地方，有一条线，在这条线之外，所有的花旗冷杉树都还挺立着。在这一点上，气流已经与足够多的空气混合，它掉下了足够多的颗粒，剩下的部分密度较小，它上升到空气中。我们现在已经在不同的火山上看到了很多这样的例子水流移动了几十公里，然后上升到空中。
克里斯-好的，让我们试一试。
安迪:那么，我要做的就是把我的淡水放进去。
克里斯-安迪，你要做的是，把滑块往后拉，这样我们就把一些盐水挤出来，在水箱的末端创造出一个空间，你现在就可以把新鲜的红色染成的液体填满。我们现在加入一些粒子，好了。
安迪-然后我又拉出了我的水闸。我们会看到它像以前一样沿着底部运行。但随着它的移动和颗粒的脱落，它开始向上抬升。
克里斯-它突然停了下来，直接飞到空中。现在，一切都到了顶峰。
安迪-现在，它沿着顶部表面运行。你可以把它想象成离地面20公里的地方，在云层下面会变得非常非常暗。因此，在一次大型火山喷发中，这些物质可能不会直接上升到空中，而是在上升之前沿着地面跑了一段距离。我想现在，你可以很清楚地看到，所有的粒子都掉了出来，这就是普林尼将要描述的，在火山灰粒子雨中。因为大气的下层有很多水分，我们所有的雨云系统都在其中，这些水分也在这种对流结构中被携带起来，这使得火山颗粒经常使它们变得非常潮湿，你可以得到冰雹和暴雨与这些大云有关。这就是为什么你经常看到闪电和其他影响，因为粒子上的电荷，也因为大气中蒸汽的存在。所以，它们是非常戏剧性的事件!
火山是如何影响人类健康的
剑桥火山学组的彼得·巴克斯特博士
过去爆发过的火山，比如维苏威火山、坦博拉火山和喀拉喀托火山
对附近居民造成了巨大影响，夺去了许多人的生命。但它们也有令人惊讶的效果，金妮·史密斯证明了这一点，在世界各地都能看到美丽的日落。但首先，剑桥火山学家彼得·巴克斯特向克里斯·史密斯解释了为什么有些火山喷发如此致命，以及人们是如何丧生的……
嗯，这是圣海伦火山爆发时人们提出的一个大问题，当时火山附近地区有57人丧生。大量的火山灰落在顺风方向的人口密集地区。我当时在美国的一个团队工作，我们被联系去调查并找到人们在火山喷发中受伤或死亡的原因。从那以后，我们就一无所知了。让我们快进到维苏威火山，在几次喷发之后，我们能够观察和获得更多的数据，我们现在在普林尼的叙述中看到的，可能发生的事情，以及随后在圣海伦火山喷发之后的科学工作，在维苏威火山和公元79年的喷发中，火山爆发的最初几个小时，浮石从天上掉下来，庞贝城的人们正处在浮石的雨中，浮石堆积在他们的屋顶上，他们躲在里面，导致房屋屋顶倒塌，砸在人们身上而死亡。在庞贝古城的挖掘过程中出土的一千多具尸体中，大约有400具是从屋顶坍塌的建筑物中挖掘出来的。你可以想象，在屋顶上有两米或更多的浮石和灰烬。所以，当屋顶坍塌时，人们会被埋在灰烬中窒息而死。
克里斯:所以，这显然是一个非常戏剧性的物理原因。这些物质存在于空气中，人们正在吸入这些气体和灰尘，这一事实又该如何解释?这有什么区别吗?
彼得:是的，当圣海伦火山喷发的时候，200公里外的地方有很多人住在火山灰密集的地方。没有下雨。那里非常干燥，整整一个星期，火山灰都在重新悬浮，尽管不是一片漆黑，但人们无法行动，他们不能开车，也不能乘坐任何交通工具，因为他们看不见该去哪里。我们当时认为，在如此严重的空气污染下，人们实际上可能会死亡。但事实上，并没有那么糟糕。所以，在这些灰烬中，我们预计不会有很多问题，除了那些患有肺部疾病的人，比如哮喘或慢性肺部疾病的人，那些一生中吸烟很多的人，等等，这些人会受到严重影响，需要找个避难所，远离灰烬。但在维苏威火山喷发中，最大的危险是火山灰和浮石落在屋顶上，然后塌陷，人们躲在里面。在火山灰喷发大约12小时后，火山碎屑流和涌动开始了，然后我们遇到了一个不同的问题，对那些仍然在那里的人来说。
克里斯——我的意思是，他们真的是被煮熟了——这些人——不是吗?因为煤气的温度可能达到300度，可能和我们刚刚听到的一样高，在有人的地方有1000度?
彼得:是的。我们从圣海伦火山的调查中得知庞贝古城的温度约为300摄氏度。所以，你可以想象这有多热，如果你把手放在100摄氏度的沸水里，然后你把热量调高，如果这对你的身体有影响，那么这是一个非常高的温度，如果人们接触到它，几乎会立即死亡。
克里斯-我很幸运参观了赫库兰尼姆，那里有很多人在船坞里避难，而现在船坞离大海有好几英里远，这是自相矛盾的，因为大量的雨水把海岸线向后移动了，你知道，海岸线向后移动了好几公里，不是吗?但是所有这些人都躲在这些船棚里，他们都有头骨骨折之类的事情，人们一时无法解释，直到有人说，“实际上，这些人烹饪得如此之好，如此之快，以至于他们的大脑真的爆炸了吗?”
彼得:我提到过庞贝古城的温度是300摄氏度，人们暴露在火山喷发时的温度下。在赫库兰尼姆，温度更高，高达400摄氏度，甚至500摄氏度，人们躲在海滩边的洞穴里。躲避火山爆发，但也有可能，等待乘船离开。从火山开始的第一次搜索是在赫库兰尼姆，那里的人们正在避难，云层直接进入了他们在海滩上的洞穴。它们瞬间就被这种高温杀死了很可能把它们身上的肉都烤干了只剩下骨架这几乎是瞬间发生的。
克里斯:那火山喷发出的其他东西呢?我们听过很多关于气体之类的东西。有没有什么有毒气体能让人昏倒，不仅仅是因为热效应，而是因为它们非常非常毒?
彼得:这不是维苏威火山喷发的主要因素，但在其他情况下，它可能很重要。特别是在火山中，火山只会排放气体，而像二氧化硫这样的气体对生活在顺风处的人来说是非常刺激的。去年8月，冰岛发生了一次有趣的喷发，霍鲁朗火山喷发，裂缝裂开了，这是一次熔岩喷发，不像我们所说的维苏威火山喷发那样是一次爆炸性喷发，在这里，冰岛中心的裂缝中涌出了非常流动的熔岩，同时，大量气体排放，主要是二氧化硫。当烟羽席卷冰岛时，空气中二氧化硫的含量随着风向的变化而变化，二氧化硫的含量高到足以引发哮喘发作，哮喘患者或慢性肺病患者也会出现很多问题。但是冰岛人有很好的抵抗风和寒冷的房子，因为很明显，一年中的大部分时间，他们都生活在非常寒冷的环境中。他们收到了风在哪里吹，烟羽会去哪里的警告，有这些问题的人可以呆在家里，绝对受到保护。
克里斯-很高兴听到这个消息。彼得·巴克斯特，非常感谢。
金妮-在本期节目中，我们了解了火山对附近居民造成的毁灭性影响。但是像坦博拉火山这样的大喷发甚至可以在地球的另一边引起变化。1816年被称为没有夏天的一年，因为坦博拉火山产生了大量的火山灰。这在大气中形成了一层，反射了太阳的能量，导致全球气温下降约1度，这足以导致农作物歉收和大范围的饥荒。但这次喷发也捕捉到了一些奇怪而美丽的效果，我现在就给你们展示一下。所以，我们要做一个小实验，我有两个版本。今天我有一个会很好的展示给大家我还有另一个版本你们可以在家里尝试。所以，我需要有人来帮我做一个你可以在家里尝试的。你叫什么名字?
吉伦，吉伦。
金妮-好的，我这里有一个一品脱的玻璃杯。我有一碗水，一个水壶，这个瓶子里还有一些牛奶。所以，我要做的就是帮你把水倒进罐子里，因为它可能会洒出来。然后你要做的就是帮我把水壶里的水倒满一品脱的杯子。你能做到吗?现在，我要加一点牛奶，真的不需要太多，一点点就可以了。
克里斯:哇!你说的很小，真的很小，金妮。就是几滴而已。
金妮-是的，真的，就几滴。你可以看到白色在周围打转。这对液体产生了什么影响?
吉伦:因为有牛奶，水有点白。
金妮——很好，没错。所以，我们只加了一点点，但它已经变得有点混浊了，不是吗?现在，我们要做的是拿着这个火炬。我将举起玻璃杯，从底部照射光线。牛奶看起来是什么颜色的?
吉伦-怀特。
金妮——你能看到其他颜色吗?
女-紫色。
金妮——有人看见什么了吗?
男-蓝色。
金妮-好的，当我从底部照射光线时，它会让牛奶看起来有点蓝，有点紫。如果你从上面往下看，光线看起来是什么颜色?
吉伦-橙。
金妮——它看起来是橙色的，没错。这很有趣。如果我倒出一些乳白色的水，再看看。灯现在看起来是什么颜色?
吉伦:黄色?
金妮——黄色，换了颜色。我所做的就是倒出一些乳白色的水，这样你就能透过更少的水看到东西。我再倒一点，现在它是什么颜色?
吉伦-怀特。
金妮——白。所以，通过改变光线穿过的乳白色水的量，我们改变了光线的颜色。
克里斯-为什么会成功?
金妮:牛奶在做一些非常聪明的事情。它在做一种我们称之为瑞利散射的事情。这意味着当光线照射到它的时候，它会向各个方向反射。所以，光是一种波，如果你想象水中的波，如果它碰到什么东西，它可以反弹回来。有时它会以不同的角度反弹。水里的牛奶使光线变暗了。它在散射。因为光是一种波，它有不同的波长。所以，红光的波长很长，蓝光的波长很短，这种波长可以穿过彩虹。短波长的散射效果更好。 So, when you're looking at the milk with the light underneath and you're looking at it from the side, what you're seeing is the light that gets scattered out and that looks blue. And that's why the milky water looked blue. But when you're looking down the top, you're seeing the light that's travelled through the water and that is whatever is left once the blue has been scattered out.
克里斯:那为什么蓝球会被扔出去呢?
金妮:因为它撞到了这些牛奶颗粒，而且因为短波长的散射更多，所以反射回来的就是那个。
克里斯:红色可以直接穿过，因为它不那么分散。
金妮——没错。所以，当光线穿过所有的牛奶时，大部分的蓝色很有可能会散射出去。所以剩下的是红色。当只有一点点牛奶流过时，蓝色就不太可能被分散掉。所以，你会得到蓝色和红色的混合物，然后是橙色和黄色。然后，当几乎没有牛奶的时候，你就会变白。
克里斯:那么，有了这个又大又长的管子，你就能比杯子里的东西有效地做很多很多次了。因此，你应该得到最大的散射，因此，你应该看到顶部非常红，底部非常蓝。
金妮:希望我们能看到日落。瑞利散射和我们看到天空中蓝色的原因是一样的。因为阳光照射到大气中，它被散射了我们看到被散射的是蓝色的。当你直接看着光线时看到的颜色，它们与日落有关。所以，我这里还有一些乳白色的水。这一个，我实际上用的是奶粉，它会表现得更像火山里的火山灰颗粒。所以，我们在玻璃里看到的实际上是正常的日落。当太阳高悬在天空时，它发出的光必须穿过一点大气层才能到达我们这里，但不是很多。所以，一些蓝色被分散了，你剩下的是一种黄橙色的太阳。日落时，太阳在地平线上很低，所以光线在到达我们的眼睛之前必须穿过更多的大气层，更多的蓝色被散射出去，我们剩下的是一个美丽的红色太阳。 What lots of people noted is that in years with big volcanoes like Tambora, sunsets became more vibrant, beautiful colours. There are some beautiful paintings and poems written in the year 1816 that scientists now think are based on this effect. So, I've got my water with milk powder which is going to represent ash and I'm going to pour it into this tall tube. I'm going to turn on the light at the bottom of the tube. What can you see?
吉伦:这有点像当你爬上圆柱体的时候会改变颜色。所以，它开始是一种白色，然后当你往试管里看的时候，它会改变，所以是黄色，然后是橙色。
金妮:所以，当你透过大气层看到所有这些粒子时，你会看到这种散射的戏剧性效果，你会看到一些非常美丽的日落。
克里斯-金尼·史密斯，非常感谢。有什么问题吗?
男-哪一次喷发是最大的?
马累-这其实不是一个容易回答的问题，因为火山是在数十亿年前爆发的，我们没有太多的证据来知道它们有多大。你会发现最大的一次喷发是400万或500万年前的鱼峡谷凝灰岩喷发。我们有一个震级，有点像里氏地震的震级，大约是9级。与我们一直在谈论的维苏威火山爆发相比，它的规模大约是它的1000倍。最近一次真正的大喷发是苏门答腊岛的多巴火山，那次喷发的震级约为8.8级，相当于3000到4000立方千米的岩浆。那只发生在大约74000年前，那时我们的人类祖先还在附近，关于那次火山喷发对当时我们的祖先有什么影响，有很多争论。
阿米莉亚-我的名字是阿米莉亚，我想知道地球上的构造板块在哪里?
克里斯-玛丽安，构造学。
玛丽安:构造板块，有很多。沿着大西洋的中心，它正在分裂。所以，你在西边有一个板块，那是美洲板块，然后你在东边有欧洲和非洲板块。所以，非洲有自己的盘子。欧洲是由许多小板块组成的大杂烩，这些板块相互滑动。其中最大的板块可能是太平洋板块。太平洋，几乎整个都是一个板块正在远离美国向日本移动。
Graihagh -考虑到今天还有很多人住在维苏威火山的山腰上，如果火山爆发会发生什么呢?今天有什么疏散程序吗?
克里斯-彼得……
彼得:所以，有一个全国性的计划，但如果我们知道什么时候会爆发，一切都会变得非常容易，因为你可以把人转移开。但我们有很大的不确定性，即使它显示出非常严重的活动，无论它实际上是否会进入全面喷发，但危险是如此之大，以至于有可能提前疏散很多人。但最关键的是，如果你推迟疏散电话，你是否能及时把人们救出来。当然，如果火山没有真正爆发，成千上万的人不会愿意搬到意大利的另一个地方。
吉伦:像普林尼描述的那样，我们总是在火山爆发前发生地震吗?
Marian Holness[地球科学，剑桥]-是的，我认为你知道。冰岛Holuhraun火山爆发之前发生了大量地震。冰岛周围散布着大量的地震仪。当第一个记录到第一次地震时，剑桥大学的所有地球物理学家都非常兴奋，他们带上了更多的地震仪，把它们分散在这个地区，他们可以通过实时跟踪地震的位置来观察岩浆的运动，这真是太令人兴奋了。所以，他们可以很好地预测火山喷发的时间。
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