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熔岩湖、熔岩流、熔岩穹丘

熔岩的形态多种多样,这一切都取决于其成分。目前有三座火山正以壮观的方式展示着不同种类的熔岩。

作者:Erik Klemetti
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2021年1月20日拍摄的基拉韦亚火山新形成的熔岩湖。图片来源:Hannah Dietterich, USGS/HVO。

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熔岩令人惊叹。它是温度高达数千度的喷发到地表的熔融岩石!我们这个大部分是固体的星球(除了液态外核,但那是金属,不是熔岩)可能会熔化,但所有这些熔融物质并不相同。这些成分上的差异导致了熔岩在地表行为的不同。

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熔岩成分与行为之间存在一个(绝大部分)简单的关系。熔岩中的二氧化硅(SiO2)越多,“越黏”。粘度的增加意味着熔岩从自由流动变为几乎不动。不同的火山会喷发出不同成分的熔岩,这取决于火山岩的熔化方式以及在到达地表过程中的变化。

成分并不是改变熔岩粘度的唯一因素。熔岩越热,流动性越好。熔岩中晶体越多?越黏。溶解在熔岩中的水越多?流动性越好。气泡形成的越多?越黏。最终的熔岩粘度是所有这些因素的复杂组合,但成分确实是决定性因素。

目前,全球有三场令人印象深刻的火山喷发,它们充分展示了不同类型的熔岩喷发。在夏威夷,基拉韦亚火山的哈勒茂茂火山(Halemaʻumaʻu Crater)顶峰有一个新的熔岩湖。在西西里岛,埃特纳火山(Etna)一直在喷发长长的、蛇行状的熔岩流。与此同时,圣文森特岛的苏弗里耶尔火山(La Soufrière)正在形成一个矮胖的熔岩穹丘。

基拉韦亚火山的熔岩湖

2021年1月10日拍摄的基拉韦亚熔岩湖表面。右侧可以看到较冷的、已硬化的表面。图片来源:Rob Simmon, Planet。

Rob Simmon, Planet。

自2020年底以来,基拉韦亚火山在两年多的平静后重焕生机。顶峰的喷发已经开始填补2018年东南部裂谷事件形成的深坑。在此过程中,一个新的熔岩湖(上图)已在顶峰形成,并由湖泊一侧的一个喷口供给。喷发约一个月后,该熔岩湖的深度已超过650英尺(200米)

在这段(下图)熔岩充填的动画GIF中,你可以看到它的流动性有多强,因为一个漂浮的冷却熔岩岛在表面移动。你还可以看到表面是如何变成一块块“板块”的,这些板块被创造和毁灭——有点像微型的板块构造。供给熔岩湖的喷口位于图像底部附近。

基拉韦亚熔岩湖热图像动画GIF。图片来源:USGS/HVO。

USGS/HVO。

熔岩湖需要低二氧化硅含量的熔岩,称为玄武岩。现在,所谓“低二氧化硅”,我们仍然在讨论熔岩中47%是二氧化硅,以及铁、镁、钙等元素以及许多其他成分。这种玄武岩的粘度是今天地球上喷发的任何熔岩中最低的,温度是最高的,只要有新的熔岩持续供给,就可以形成熔岩湖。

埃特纳火山的熔岩流

2021年1月19日,Sentinel-2拍摄的埃特纳火山(火山右侧)的熔岩流。图片来源:ESA。

ESA。

在全球的另一端,西西里岛的埃特纳火山今年至今一直活跃地喷发。喷发产生了顶峰的爆炸以及流向下坡的熔岩流。喷发还在火山斜坡上散布了火山灰。

2021年1月21日,意大利埃特纳火山熔岩流的热成像图。在这个图像中,熔岩流显示为明亮的颜色。图片来源:INGV Osservatorio Etneo。

INGV Osservatorio Etneo。

埃特纳火山喷发的玄武安山岩熔岩比基拉韦亚火山的熔岩含有更多的二氧化硅。这意味着它的粘度更高,倾向于产生斯特龙博利式喷发。这些喷发是由于大量气体气泡通过火山下方熔岩源通往地表的管道上升而引起的爆炸。熔岩仍然足够流动,可以从喷口形成熔岩流,这正是埃特纳火山目前的情况。Sentinel-2的红外图像显示了来自东南火山口的活跃熔岩流。

苏弗里耶尔火山的熔岩穹丘

最后,我们来看看熔岩穹丘。它们是由更黏稠的熔岩形成的,喷发时就像从管子里挤牙膏一样。熔岩不会流得很远,而是“堆积”起来,形成一个厚厚的穹丘。像圣文森特岛的苏弗里耶尔火山这样的火山喷发安山岩(不要与前面提到的玄武安山岩混淆),其二氧化硅含量可能高达65%。这使得它比埃特纳火山或基拉韦亚火山喷发的熔岩黏度要高得多。

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前景是圣文森特岛苏弗里耶尔火山2020-2021年的熔岩穹丘,背景是1979年的穹丘。图片来源:西印度大学地震研究中心。

西印度大学地震研究中心。

在苏弗里耶尔火山形成的新熔岩穹丘横跨1100英尺(380米)以上,厚度为300英尺(90米)。它于2020年底开始形成,是苏弗里耶尔火山自1979年以来的第一次喷发。看看这段视频,这是一段飞越不断增长的熔岩穹丘的直升机飞行。

与基拉韦亚火山的玄武岩熔岩相比,苏弗里耶尔穹丘陡峭的侧面和极高的厚度似乎很引人注目。然而,随着二氧化硅含量的增加,熔岩的粘度会急剧上升。苏弗里耶尔穹丘中的熔岩可能比夏威夷玄武岩黏度高数千倍。如果比较熔岩成分谱的两个极端——玄武岩和流纹岩——你会发现流纹岩的粘度是玄武岩的十亿倍!一些流纹岩熔岩穹丘和熔岩舌(介于穹丘和熔岩流之间的混合体)可以有数百英尺厚。

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形成这些地貌的大部分熔岩喷发相对平静。当考虑火山灾害时,熔岩流对建筑物和基础设施有害,但对人无害。所有这些粘度的差异都导致了不同类型的熔岩湖、熔岩流和熔岩穹丘。

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