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中性浮力面/喷发柱动力学 | Level of neutral buoyancy/dynamics of eruption column

火山烟羽在在上升的过程中,按照动力学过程分成三个阶段:1. 喷射相jet phase/气冲区(gas thrust region),此时的火山烟羽刚刚离开岩浆通道,上升动力主要受到爆炸性喷出能量的主导;此时的火山烟羽密度大于空气密度。2. 对流相convective phase),在这个阶段,火山烟羽与空气混合强烈,卷吸[entrainment]了空气,导致火山烟羽的整体密度降低,小于周围空气的密度;此时的烟羽向上运动,受到浮力驱动。3. 扩散区,随着火山烟羽的持续上升,周围大气密度逐渐变低,会达到火山烟羽与大气密度相等的条件(即中性浮力面),到达此面的火山烟羽受惯性继续上上一段距离,之后不再上升,转为向四周扩散,形成火山灰云。大量的火山碎屑从扩散的重力流中逃逸出来,降落到地表形成火山灰堆积物。

另外,也有人使用中性浮力面的概念,解释熔岩流溢出口,驮移锥的形成等相关现象,详见相关名词解释。

喷发柱(火山烟羽)的动力过程示意图

参考文献

Sparks, R.S.J., Bursik, M.I., Carey, S.N., Gilbert, J.G., Glaze, L.S., Sigurdsson, H., Woods, A.W., 1997. Volcanic Plumes. John Wiley and Sons, Chichester.

Carey S, Bursik M, 2015 Volcanic plumes, In Sigurdsson et al., Eds, The Encyclopedia of Volcanoes. 2015, Academic Press.