從雷鳴般的火山碎屑流到灼熱的巖漿河，火山以其猛烈而聞名于世。然而火山在安靜的時刻同樣令人敬畏，有時還會像煙民一樣向天空中吹出煙圈。

這種短暫存在的煙圈曾在世界上的多座火山出現(xiàn)過，但人們并不清楚它們是如何形成的。雖然它們的直徑可以達到數(shù)百英尺，但它們的壽命很短而且難以預(yù)測，因此就很難研究。

美國宇航局噴氣推進實驗室的高級研究員Fabio Pulvirenti決定領(lǐng)導(dǎo)科學(xué)家進行研究。研究報告的合著者，意大利卡塔尼亞大學(xué)的火山學(xué)家Carmelo Ferlito表示，這表明吸煙者嘴里發(fā)生的事情，或多或少也發(fā)生在火山內(nèi)部。

煙非煙霧非霧，真身其實是水蒸氣

意大利國家地球物理和火山學(xué)研究所的火山學(xué)家Boris Behncke并沒有參與這項研究，他聲稱，盡管被稱作煙圈，但這些煙圈并不是由煙組成的。相反，這些火山產(chǎn)物主要是水蒸氣，它們從巖漿中逸出并通過火山口噴涌而出。

研究人員發(fā)現(xiàn)，強風(fēng)能夠阻止這種煙圈的形成或使其只能短暫存在。如果沒有強風(fēng)，由大量火山蒸汽形成的煙圈就會飄向天空并開始擴大。最終，當(dāng)大部分的蒸汽都消失的時候，這種煙圈就會從視線中消失不見。

火山模型的計算機模擬終有所得

當(dāng)研究人員在2013年第一次了解到它們時，他并沒有在科學(xué)文獻上發(fā)現(xiàn)任何實質(zhì)性的答案。因此，當(dāng)他的好奇心變得難以忍受時，他自己組建了研究團隊試圖解開這個謎團。

研究團隊仔細(xì)閱讀了大量對火山煙圈的觀察，了解它們上升的高度、移動的速度、冷卻的速度、它們成分的變化的程度以及它們含有火山灰的頻率。他們還深入研究了這些來自巖漿的氣體是如何從火山通道中流動的。

然后他們把所有的發(fā)現(xiàn)都輸入到電腦模型中。通過調(diào)整火山通道內(nèi)的壓力積聚，以及虛擬火山噴口的幾何形狀，研究團隊最終計算出了形成煙圈所需的條件。

火山噴“煙圈”需要哪些條件呢？

當(dāng)巖漿通過火山通道上升時，周圍的壓力下降，這就會使溶解的氣體形成氣泡的形式。如果巖漿不太粘稠，那些氣泡就會融合成單一的壓縮氣體氣氣腔。當(dāng)它們接近噴口時，這些氣腔會劇烈地減壓并發(fā)生爆炸，將熱蒸汽向上推動。

火山就像一個簡單的制造煙霧的玩具，它通過一個狹窄的圓形開口噴出煙霧。無論什么情況都需要有大量的蒸汽存在，然后迅速排出才能形成一個像樣的煙圈。

當(dāng)上升的水蒸汽環(huán)遇到寒冷的大氣層時，它就會變冷、減速、冷凝并且變得清晰可見，有點像飛機的尾跡。至關(guān)重要的是，想要形成這種煙圈火山口必須是相當(dāng)圓的，而且火山口的兩側(cè)高度必須相同。如果排氣口形狀太不規(guī)則或存在破裂的地方，那么這種煙圈就可能出現(xiàn)嚴(yán)重的彎曲和不穩(wěn)定，甚至根本不會形成。

純屬滿足自己好奇心的研究其實同樣重要

奧克蘭大學(xué)火山學(xué)博士Benjamin Simons曾在數(shù)座持續(xù)活躍的活火山上看到過這種煙圈，其中就包括瓦努阿圖的亞蘇爾火山。當(dāng)小股的火山氣體通過這些狹窄的開口時，煙圈就出現(xiàn)了。

Simons聲稱，它們緩慢地上升，而且?guī)缀鯖]有足夠的力量支撐它們在消失之前離開在火山口。新的計算機模型的計算結(jié)果與Simons自己的觀測結(jié)果相吻合。他聲稱，火山口越圓就越有可能產(chǎn)生煙圈現(xiàn)象。

雖然這項工作還有待同行審議，但它似乎能夠解釋為什么不是每座火山都能看到這種煙圈現(xiàn)象，那是因為煙圈的形成需要如此復(fù)雜的條件。然而，即使?jié)M足了這些條件，煙圈也并不總是出現(xiàn)，這表明火山內(nèi)部氣體的混亂狀況比我們目前所了解的還要復(fù)雜。幸運的是，研究團隊仍然在努力探索，希望能找到更多的答案。

這項研究并不僅僅解決了研究人員的好奇心。形成火山煙圈的通道也是火山爆發(fā)時巖漿流向地表的通道，因此研究它們可能有助于地質(zhì)學(xué)家更好地理解火山蒸汽喉內(nèi)的情況。Ferlito稱，雖然這項工作可能并沒有解決火山學(xué)中一些最緊迫的問題，但嘗試解決一個既有趣又美麗的謎題也是相當(dāng)不錯的。