自然科普丨火山吐烟圈是怎么回事？它要爆炸了吗？观看会吸入二手烟吗？

上月初，有人看到意大利埃特纳火山吐出了一个个“烟圈”，向西西里岛上空飘去。

这些“烟圈”呈现出白色圆环状，在天上晃晃悠悠的好像小水母。
火山：我并没有在抽烟！
这种“烟圈”被火山学家称为火山涡环。它们的主要成分是水蒸气，还夹杂着一些其他气体，比如二氧化硫和二氧化碳。
当火山口涌出的一股股热气遇到上方的冷空气，就会使水蒸气凝结。它们本身是无色的，不过凝结到一定程度，就会变成白色被我们看到。
一位火山学家表示，这些小圆环来自埃特纳火山东南火山口的一处新的开口。它先喷出了一缕缕发光的气体，第二天就开始产生大量圆环。
想要形成这种又圆又白的火山涡环并不容易。
首先对于火山来说，要形成这样完美的环，火山口必须非常圆才行。
另外天气条件也非常重要，如果有强风可能就没法形成火山涡环，而天气非常平静时，这些涡环能在空中悬挂好几分钟。

此前人们观察到埃特纳火山吐出的烟圈（图片来源：参考资料[4]）

真正让人感到困惑的，是火山内部的这“一股股热气”从哪里来？以及，为什么有些火山能吐烟圈，有的不能？为什么有时一座火山可以吐出很多烟圈，有时却没有？这些问题都不好回答。
直到去年（2023年），终于有科学家通过计算机模型大致模拟出了火山内部的过程。
参与其中一位科学家是来自意大利的火山学家西蒙娜·斯科洛（Simona Scollo），她说火山涡环的形成机制有点像海豚吐泡泡。
海豚会先到水面深吸一口气，然后用将气从嘴或气孔里推出来，在压力作用下使其形成一个环。
科学家通过热成像摄像机观察到，在火山涡环出现的前几分钟，会有一股炽热的水蒸气以极快的速度从火山口喷出，然后水蒸气沿着火山口的边缘向外卷起，形成管状的涡环。
涡环中心的部分则以更高的速度被推出火山口，拖着涡环向上飘去。涡环也随着水蒸气凝结变得越来越清晰。

计算机模拟的火山口形成涡环的过程（图片来源：参考资料[4]）

通过模拟，科学家认为这些气团来自火山通道深处岩浆中的一个个小气泡。小气泡聚集在一起，形成更大的加压气团，跟周围的岩浆一起上升。

当岩浆带着气泡来到出口附近时，会遇到两种情况，第一种是岩浆通道上面是开口的，另一种是岩浆通道的上方被之前冷却凝固的岩浆堵住了。
在开口的通道中，岩浆内部的加压气团和外部大气存在压力差，它们会顶破上方薄薄的岩浆层，小小爆发一下。可以想象煮粥的时候表面上那些“噗”了一下的小气泡。

岩浆上升遇到的两种不同情况。图中橙色的部分是岩浆，蓝色的是岩浆中的气团（图片来源：参考资料[4]）

在被堵住的通道中，气体会在凝固的岩浆“塞子”下方聚集，如果下面又有不断涌上来的气泡，气压就会进一步增加。在这种情况下，可能会产生突然的爆炸，气体可以将塞子顶起，或者将它震碎。
通道顶部的这两种情况都会产生非常快速的向上的气流，满足形成火山涡环的条件。第一种情况比较好理解，在第二种情况中，如果塞子破裂，就可以给逸出的气体让路。
尽管听起来有点危险，但是科学家表示吐烟圈的火山并没有喷发的风险。
埃特纳火山曾喷发过数十次，最猛烈的一次发生在1669年。熔岩流摧毁了山坡下的十几个村庄，人们在村庄上方挖了一条沟渠，努力将熔岩流引走，这可能是历史上人类第一次成功转移熔岩流。

2013年埃特纳火山爆发时的场景（图片来源：wiki）

不过这次埃特纳火山爆发的概率并不大，火山学家表示火山排气降低了爆发的可能性，如果它最终喷发，也只会喷出几股火山灰，也许还有一点岩浆，但不会有什么破坏性。
所以人们大可以放心远远欣赏火山吐烟圈，毕竟这种现象并不常见。

参考资料：

[1]https://www.straitstimes.com/world/europe/italy-s-mount-etna-recorded-blowing-smoke-rings-into-the-sky-in-rare-occurrence?close=true

[2]https://www.smithsonianmag.com/smart-news/mount-etna-puffs-smoke-rings-into-the-sky-180984120/

[3]https://www.nytimes.com/2024/04/09/world/europe/smoke-rings-italy-volcano.html?auth=login-google1tap&login=google1tap

[4]https://www.nature.com/articles/s41598-022-26435-0

[5]https://www.britannica.com/place/Mount-Etna