火山高速喷出物的动量主要是由于气体膨胀吗?

Question

当我还很小的时候，我总是很惊讶，因为冰的重量，在这个季节的第一个冰钓洞里，水不会冒出来。它不会，因为同样体积的液态水的重量会更重。冰漂浮着，冰越厚，洞内的水位就越低。

在重力的作用下，水里没有额外的静水压力，因为如果有的话，冰就会被缓慢地推到一个新的平衡位置。

如果我把这个想法扩展到火山作用，我想知道为什么火山有时会有高速喷射，而且还会从高于当地表面的液体中形成锥状物质。我猜锥的高度代表了流体静压的影响除此之外，由于上面材料的重量(岩石不如冰柔韧)但高速喷出物从远离锥的地方下落时会被从溶液中出来的气体加速。

火山高速喷出物的动量主要是由于气体膨胀吗?

上图:一个冰钓鱼洞的例子，来自在这里．

Answer 1

根据这一页，喷出物和它们的动量似乎完全是岩浆中溶解气体的产物喷发类型的物理化学控制在圣地亚哥州立大学地质系的“火山如何运作”页面上:

岩浆中溶解气体的数量为爆炸性喷发提供了动力。然而，岩浆的粘度也是决定火山喷发是爆炸性还是非爆炸性的一个重要因素。低粘度的岩浆，比如玄武岩，会让逸出的气体迅速穿过岩浆，逃逸到地表。然而，如果岩浆是粘稠的，如流纹岩，其高度聚合将阻碍气泡的向上流动。随着气体继续从粘性熔体中析出，气泡将无法快速逃逸，从而增加了岩浆柱的整体压力，直到气体从火山中爆发出来。因此，一般情况下，玄武质-安山质岩浆的非爆发性喷发是低粘度、低含气量的典型，而安山质-流纹岩型岩浆的爆发性喷发是高粘度、高含气量的典型。

提供了类似的描述杜兰大学地球与环境科学系副教授斯蒂芬·a·纳尔逊(Stephen A. Nelson):

在地球深处，几乎所有的岩浆都含有溶解在液体中的气体，但当岩浆上升到地球表面时，压力下降，气体就会形成一个单独的蒸汽相。这类似于在高压下装瓶的碳酸饮料。高压使液体中的气体保持在溶液中，但当压力降低时，比如当你打开罐子或瓶子时，气体就会从溶液中出来，形成一个单独的气相，就是你看到的气泡。气体使岩浆具有爆炸性，因为气体体积随着压力的降低而膨胀。

因此，从地球上挤出的岩浆并非天生依赖于气体(尽管气体会影响岩浆的成分)，但激烈的过程更多地是由气体从溶液中出来并形成加压气泡引起的，而不是气体或岩浆处于压力之下，如果这说得通的话。

Answer 2

你和@jeffronicus说得对，是释放气体驱动了地表岩浆的喷发，并给了它动量。然而，我想指出的是为了让气体从岩浆中释放出来，它首先需要到达管道的一定深度。例如，最常见的火山气体水的溶解度曲线:

H₂基于实验数据的玄武岩和流纹岩熔体在典型岩浆温度下的O溶解度。从火山百科全书(2015年第二版)

它表明，如果取典型的流纹岩岩浆，初始含量为4% H₂在深度(即在腔室中)，需要将其上升到约4千米(1 kbar)才能达到饱和曲线，从而开始水的出溶。这意味着当岩浆已经开始上升时，气体通常发生在导管内．

所以，你的问题实际上引出了另一个问题:为什么岩浆开始从岩浆库上升?岩浆可以在它的腔室中停留数十年，与周围的乡村岩石保持平衡(我们说的是“岩静”压力而不是流体静压力，但两者是一回事，只是密度不同)。那么为什么它决定有一天开始上升呢?这确实是一个问题压力过大，虽然不是来自上方，而是来自下方．地壳岩浆库有时会被来自深部的“新鲜”岩浆注入，在岩浆库中产生超压，从而引发喷发。以下是一些例子:

• 补给引发和驱动粘稠硅质岩浆的喷涌喷发:以玻利维亚西南部Cerro Chascon-Runtu Jarita圆顶复合体为例
• 中美洲萨尔瓦多伊洛彭戈火山口的岩浆注入引发喷发
• 岩浆库对短暂补给事件的响应:以圣托里尼火山为例(希腊)

Answer 3

对流也在使喷发柱上升得比最初的上升速度更高方面起着重要作用。