我们在灾难题材的影视作品中常常会看到这样的场景:海底的火山剧烈喷发,翻搅出可怕的涡流和巨浪,面对这个画面,很多人的脑海中都曾闪过这样的一个问题:为什么海底的火山不会被海水浇灭呢?

为什么海底火山不会被海水浇灭?-优客号海底火山喷发,图片来源:theconversation

火山≠喷火的山

在理解这个问题之前,需要先纠正部分人的错误印象。很多人在想起火山时,第一反应可能是一座高耸的锥形山,正在喷出粗大的烟柱——看上去就好像是一座正在喷火的山。

而在火山喷发之后,大面积飘落的大量白色火山灰,也与我们常见的烟灰极为类似,都是细颗粒的灰尘,都是灰白色。所以很多人下意识认为火山=喷火的山。

但如果我们拉近视角,近距离观察火山就会发现完全不是这样的。因为火山喷发出来的熔岩实际上是一种高温流体,在本质上与水并无差别,反而与火是截然不同的物质。

许多熔岩的近距离照片都可以明显看出它们很多时候与液体无异。

我们从小学习物理的时候就知道物质存在三种相态的变化:气体、液体、固体。与相态变化相关的则是熔点和沸点。

以水为例,水的熔点是 0℃,沸点是 100℃,当温度低于 0℃ 时,我们见到的固态水——冰;

当温度处于 0℃—100℃ 之间时,我们见到的是液态水;而当温度高于 100℃ 时,我们见到的则是气态水——水蒸气。

基本上所有物质都是这样,有熔点和沸点,并会随着温度而改变相态。

岩浆则是熔融的岩石——由于岩石成分非常复杂,其内部不同成分的熔点和沸点均不一致,所以其实大部分岩浆是固液气混合物。

而与之相比,火焰则是可燃物在燃烧过程中释放光和热以及各种化学产物的过程。在火焰中,主要物质成分是二氧化碳、水蒸气、氧气、氮气等气体。

理解了火山喷出的是岩浆,而岩浆是高温熔融体而不是火这一点之后,我们应该就能理解:当海底火山喷发的时候,岩浆进入海水中其实就好像在冷水槽中通入热水一样,而不是从海底喷出的大火。

冷水会让热水降温,但却无法像扑灭火焰一样,让热水消失,除非我们手动关闭热水水龙头。

海底火山从哪里来?

所以问题到了这里就变成,既然海底火山如同一个不断喷出热水的水龙头,而海水又会让岩浆降温变成岩石。

那么巨量的海水无疑能让喷出来的岩浆都凝固,从而堵塞火山口,让海底火山再也无法喷发吧?答案是不能。

因为火山实际上是行星级别的热量和物质循环的产物,地球不死,火山就不会停止活动。

整个地球其实是遵循着基本的物理和化学规律在运转的,这些规律并不深奥。

比如火山的形成和活动,就可以用热力学第二定律来解释——听起来很专业,但它的其中一种表述(克劳修斯表述)却很贴近我们的生活:热量总是自发地从高温热源流向低温热源,而不是相反。

如果追溯地球 46 亿年的演化历史就会发现这一规律的作用:大约 46 亿年前,地球在无数星子的碰撞中逐渐诞生,碰撞的能量转换为热量。

因此,当时的地球是一个巨大的岩浆球(整个或大部分地表都是岩浆),其表面温度高达数千摄氏度。

无数小行星的撞击下地球就是一个红彤彤的岩浆球,图片中的环状就是撞击产生的。

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图片来源:flickr/Kevin Gill随后,由于岩浆是可流动的,因此重的物质下沉,轻的物质上浮(看,这里又是一条物理规则)。重的物质下沉时,重力势能会转化为热能;

同时,原本分散在星子中的放射性元素也因此而聚集在一起,不断进行衰变,同时释放出能量。

这些能量让地球内部的岩浆一直处于加热状态。

但与此同时,由于宇宙背景温度很低,平均为 -270℃,所以地球以热辐射的方式不断向外传递热量(热量传递三种方式:热传导、热对流、热辐射,但宇宙中为真空,没有介质,所以地球只能以热辐射形式向外传递热量)。

既然传递了热量,那么地球肯定要降温——地表最先降温,于是这里的岩浆就会先冷却下来形成岩石,这就是最初的地壳了。

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靠近横行的开普勒-78b 行星,其表面被灼热成炽热的岩浆。图片来源:wikipedia/Jack Madden

到了现在,地球已经演化出地壳、地幔、地核三层结构,其温度也是从地壳到地核越来越高。同时,因为重的物质不断下沉,导致其密度也是越来越高的——地壳平均密度 2.8g/cm3,地幔平均密度 4.59 g/cm3,地核平均密度 11 g/cm3。

所以我们也可以认为地壳就是“漂浮”在地幔之上的——就跟木板漂在水上一样。

到了这时候,我们就可以把地球想象成一个火锅——地核是火炉,能量来源于重力势能以及放射热能;

地幔是火锅汤底,因为火炉的炙烤不断升温;地壳则是漂浮在最上层的白菜帮子。

在地核加热下,地幔不断产生热对流——热的地幔从地核处往上运动,冷的地幔物质从地壳之下往下层钻。

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地幔中的热循环模式,有人认为是全幔循环,有人认为是上下地幔分别循环。图片来源:wikipedia

而地壳部分相对于地幔和地核非常薄,地壳平均厚度只有17千米(大陆地壳 33 千米,海洋地壳 10 千米),就算加上上地幔顶部部分固态岩石后组成的岩石圈,其厚度也只有 100 千米左右。

与之相比,地幔厚度则高达 2850 千米,因此,在地幔运动的带动下,这些薄薄的固态岩层必然会被撕裂开来,并随着地幔而运动——就好像火锅上的白菜帮子会因为火锅汤底的翻腾而运动不休一样。

被撕裂的地壳的各个部分就变成了板块,而随着地壳的运动,板块之间也会运动起来,有些板块之间相互碰撞,有些板块之间相互分离。

从常识就能知道,这些相互分离的板块边界处又薄又脆弱,其下的地幔物质也很容易突破岩层的封锁,喷出地表——这样就会沿着板块边界形成一长溜火山带。

而随着板块之间分开的越来越远,板块边界处火山喷发后的岩浆冷却,就形成了薄薄的地层,也就是洋壳。

由于这里相对于板块内部地层薄很多,因此自然就是低洼地带,所以就会积水形成海洋。事实上海洋也就是这么形成的,而海洋的形成也与板块运动息息相关。

我们在目前的地球上就能找到各个生长阶段的海洋:裂谷-小洋盆-成熟的洋盆-消亡阶段的洋盆-死亡即将闭合的洋盆-完全闭合的洋盆。这在地质学中被称为威尔逊循环。

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威尔逊循环。图片来源:wikipedia所以,海底火山实际上就是板块运动的结果,其中绝大部分海底火山都位于板块分离的边界。

从二战以后,随着人类对海洋探索的深入,我们已经发现了漫长的海底火山带,它们大多位于海洋中间的位置,被称为洋中脊。它们是世界上最长的山脉,总长度约有8万千米。

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地球上的洋中脊分布图,有洋中脊的地方就有海底火山。图片来源:wikipedia当然,还有另外一些海底火山。它们的形成与地幔热柱的活动有关系。

在地幔处并不是处处均匀受热的,其中部分地幔物质要比其他地方热很多,热了就会向上跑,于是它们就会形成直达地壳之下的地幔热柱。

地幔热柱顶端可能还会分出不少分支小热柱来,它们的活动也会顶破薄薄的洋壳的束缚,成为不断喷涌的海底火山。夏威夷岛链的形成就与此有关。

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在这个理论中,地幔热柱的位置是不变的,但是由于地壳运动(图中深蓝色箭头),地幔热柱就在地壳上形成一系列火山。

图中的数字是岛屿的形成年代,单位为百万年,比如4.89,就是489万年。图片来源:getarchive.net

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从太空中俯瞰夏威夷岛链。图片来源:wikipedia但无论是板块边缘,还是地幔热柱,火山的形成都是地球内部热量循环的结果,仅靠地表这薄薄的一层海水是无法让地球内部停止活动的。所以说,大家就不必为海底的火山而担心啦!

文章出处:科普中国

海底火山在海洋中喷发,为何海水无法将其浇灭?

海底火山的爆发是因为内部压强过大,而水能浇灭火的原理是因为火的燃烧需要助燃物,水可以隔绝助燃物以及降低温度。由于火山和大火的形成不同,所以海水无法浇灭海底火山。

           
火山喷发是自然灾难之一,而火山不仅会在陆地上喷发,也会在较为薄弱的海洋板块之间喷发。
火山的形成和地球的构造有关。根据现如今我们对地球的认知,地球就像是洋葱一样有好几层,其中最中心是地核,地核不仅温度达到了5000摄氏度以上,而且压强特别大,以至于将原本应该是熔融状的物质压缩成固体。
在地核之外是地幔层,地幔层之上则是岩石圈,岩石圈之上是地壳层。

其中岩石圈和地壳层温度较低,而地核层的温度较高,以至于地幔层会形成热对流。热对流会带动地幔层之上的岩石圈和地壳层运动,此时就会引发地震等灾难。
地幔层的物质除了温度特别高之外,压强也比较大,在平时地幔层的物质难以突破岩石圈和地壳层的限制,但在地壳较为薄弱的地方,来自地幔层的物质就会在压强的作用下喷向地球表面,而这就是火山爆发。

火山爆发的瞬间,会将1000摄氏度以上的熔融状态的物质喷发到地球表面,海水虽然能够降低来自火山岩浆温度,但却无法阻止火山的喷发,这是因为火山的喷发原理是内部压强过大,而海水无法降低地球内部的压强。
海底火山喷发时,从内部涌出的岩浆不断堆积到海水之中,使得周围地势抬高而形成火山锥。在上个世纪60年代,北大西洋冰岛附近的人们就见证了一次海底火山爆发,在1963年11月15日时,当地海底火山突然爆发,爆发的冲击力将海水冲向数百米的高空中,大量的火山灰涌入到几千米的高空之中。

在火山喷发结束之后,该地方形成了一个岛屿,宽约40米,长度约550米。经过多次火山喷发之后,该岛屿就形成了现如今的苏尔特塞岛,它也是世界上最年轻的岛屿。科学家为了研究岛屿的发展历程,不允许游客进入,只允许穿着消毒衣的科学家们来此考研,观察这座岛上的生命是怎么从无到有的形成。

           
伴随着火山爆发,原本位于地幔层中的钻石被带到地球表面,所以现如今的钻石矿都是曾经火山爆发过的地方。  除了钻石之外,火山还会影响地球气候。火山爆发会将大量的火山灰释放到大气层中,其中火山爆发等级越大,释放的火山灰就越多。火山灰会像云层一样反射太阳光线,阻止太阳光进入到地球表面,从而起到降温的作用。

比如:1815年坦博拉火山爆发,导致1816年全球都没有夏天,因此这一年又被称为“无夏之年”。  当火山灰逐渐沉降到地面,此时火山所释放的二氧化碳将会占据上风。二氧化碳是一种温室气体,能够尽可能地留住太阳照射到地球的光线,起到增温作用。所以当大气层中的二氧化碳浓度上升时,地球温度又会升高。

 文章图片8 一般情况下,大型火山爆发之后,对地球生物的影响将会持续非常长的一段时间,甚至会引发生物大灭绝。

海里的火山没有被海水浇灭,原因是什么?

地球上的陆地可以分为很多个板块,这些板块交界处的地方是非常容易发生地震,并且有些火山就分布在板块的交界处。并不是所有的火山都位于陆地上,有一些火山是分布在海底的这些火山,包括死火山和活火山。

陆地上面的火山和海底的火山,在爆发的时候喷发的情况是不一样的,陆地的火山在爆发的时候,除了会有很多的碎屑之外,还会有很多的岩浆和气体,最后还会留下很多的火山灰。但是海底的火山在爆发的时候,除了有很多的碎屑和岩浆之外,水是比较浅的,压力也不一样,所以这些岩浆还是会喷射出来,而且正是因为这些岩浆和冰冷的海水发生了反应,才会出现这样的情况。
这些火山喷发出来之后,会形成火山灰或者是火山碎屑,然后再降落到海里面去,变成一个火山岛。岩浆冷却之后,逐渐的在海底堆积,于是就形成了一个海山,如果海山露出水面的话就变成了海岛。

全球的海底火山,如果加起来的话有2万多个,但是有一大半都是在太平洋,这些火山大多数都是在板块交界处有的已经成为了一座死火山,但是有的还非常活跃。好像在正常情况下,不管火势有多么凶猛,只要把水泼上去,我就一定能够熄灭,但是海水是没法阻挡住火山的。
因为火山在喷射的时候并不是明火,不是燃烧的火,平时燃烧的火和空气之间氧化,然后出现火苗,但是火山在喷发的时候是一种高温的流体,就是人们常见的岩浆。

地球的地壳下面存在着很多的岩浆,温度都非常高,当板块的运动非常频繁的时候,这些岩浆就会喷涌出来,所以才会形成火山。平时用水来灭火就是为了给火降低温度,同时也是为了将那些燃烧的物品与空气相隔绝。但是岩浆会从海底爆发出来,就是因为强大的压力导致的,所以本来就不需要空气,海水只能够帮助岩浆降温,但是没法让岩浆熄灭。

海底火山为什么不会被海水扑灭?

海水内的压强是固定的,并不会随着温度的增加而降低,就算海底的火山喷发,用海水也无法将岩浆浇灭,所以如果海底的火山一旦喷发,虽然不会威胁人类,但是对海底的动物带来一场大劫难。
冰岛附近曾经发生过几次非常剧烈的海底火山喷发,因为海水无法将岩浆彻底浇灭,所以形成的火山灰一月升到半空中,这些灰尘随着时间的流逝,逐渐形成了现在的苏尔特赛岛。

包括死火山和活火山,地球上的火山活动主要集中在板块边界处,而海底火山大多分布于大洋中脊与大洋边缘的岛弧处,板块内部有时也有一些火山活动,但数量非常少。
海底火山可分3类,即边缘火山、洋脊火山和洋盆火山,它们在地理分布、岩性和成因上都有显著的差异。