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危险的火山碎屑,竟能腾空“飞行”

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当火山喷发时,岩石碎屑和高温蒸汽能以每小时200千米的速度传播。研究发现,之所以这些碎石能传播地如此之快,是因为在碎石下面有一层空气形成的“气垫”。

“我们知道这些碎石本身的成分——火山灰和浮石本身的摩擦系数非常大,所以按常理来说,它们不应该在地面上移动的那么快。但当火山喷发时,我们却看到,它们就像水流一样倾泻而下。”这项研究的通讯作者,新西兰梅西大学的格特·卢贝(Gert Lube)说。

为了模拟火山碎屑的运动,卢贝和他的团队将直径2纳米到64毫米的火山灰和岩石碎屑撒入耐热玻璃做成的滑道中,并用高速相机和压力传感器来测量它们的运动。滑道顶端的碎屑会通过一个炙热的入口,加热至15~130°C,这样这些碎屑就可以模拟从火山口喷出的过热火山灰。

研究团队发现了决定碎石流速的反馈环路。当火山碎屑缓慢移动时,火山灰与岩石之间的空气在靠近地面的区域压强最大。较大的气压会将岩石碎屑聚拢在一起,并产生向上的气流,使碎石的移动速度变慢。而如果碎屑移动得比较快,那么气压最高的区域也会随之上升。

结果是,底部较低的气压会使空气向下流动,而上方的火山碎屑则被聚到一起,将空气层挡在下面。这使得火山碎屑底部形成一个空气垫,运载着碎石经过崎岖不平的地面和斜坡。这增加了火山碎屑的危险性。“我们可以从镜头中看见,火山喷发后这些碎石是如何扫过城市,甚至爬上丘陵。”卢贝说。这项研究可以帮助我们了解,火山碎屑如何在短时间内移动如此长的距离。

撰文 | Chelsea Whyte

翻译 | 王语嫣

审校 | 吴非

原文:

Hot rubble from volcanoes races over land on a carpet of air bubbles

原始论文:

DOI: 10.1038/s41561-019-0338-2

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