是什么导致大气气体夹带到火山灰/火山灰羽流?

Question

据我所知，火山灰柱只能在一些其他过程的帮助下上升到很高的高度(例如50公里)，因为喷射物质的速度不足以将其送入大气层。

我不明白这些过程究竟是如何发生的。我认为，较冷的大气气体被带向较热、密度较大的火山羽流，然后被加热并与火山灰羽流结合，使其变得浮力并膨胀。

是什么导致凉爽的大气气体向羽流移动?这是因为烟羽和大气之间的温度差异，还是某种压力差异?

Answer 1

这个答案只是为了回答环境空气夹带的问题(不是评论中建议的喷发羽流高度)，这是一个单独的问题。

根据这本书，火山过程建模:火山活动的物理和数学(因子等，2012,p. 155-156)，你的假设(第二段)是正确的，特别是对于能量爆发(如普利尼)。

当羽流最初爆发时，它拥有巨大的动量，密度更大，受到比周围大气大得多的压力的影响。然而，一旦进入大气层，羽流就会迅速减压并膨胀，在大气中以湍流的形式上升对流上升区(示例如下所示)。

图片来源:美国地质勘探局关于1980年圣海伦火山爆发演示爆发柱中的湍流。

随着气流继续上升，喷射柱在温度、动量和密度方面开始呈现横向梯度，允许在喷射柱边缘与周围空气混合-随着时间的推移，这种混合通过剪切混合继续到喷射柱的核心。实际上，“被湍流搅入柱中”。(Fagents et al. 2012;Kaminski et al. 2011)。

图片来源:MTU.edu

随着夹带的空气加热、膨胀和上升，更多较冷的环境空气混合到湍流的喷发柱中(只要喷发继续)——根据上面的MTU.edu图表，羽流通过浮力对流上升。

正如2011年日本Kirishima-Shinmoe-dake火山喷发所观察到的(Kozono et al. 2014)，适当的风条件可以增加空气进入喷发柱的夹带。

额外的资源

Kozono等人，2014，2011年Shinmoe-dake火山喷发岩浆库收缩与喷发云高度的相关性，《地球、行星与空间

卡明斯基等人，2011，在大型熔岩流上方的穿透对流的帮助下，火山柱上升到平流层，地球与行星科学通讯