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间歇泉的无尽循环机制

时间: 2016年11月04日 | 作者: 萨拉·卢因 | 来源: 环球科学
地质学家收获了迄今最详细的有关水和蒸汽的喷发数据。

撰文 萨拉·卢因(Sarah Lewin)  翻译 张哲

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    在美国黄石国家公园里,老忠实(Old Faithful)间歇泉每隔一段时间便会喷发一回,这个景观令无数游客着迷,也让他们十分不解。不过,由于名气太大,老忠实泉被重重保护了起来:政府限制那些好奇心爆棚的科学家接近它,同时也限制进行探测实验。不过,除了老忠实以外,智利的阿塔卡马沙漠(Atacama Desert)中,至少还有80个体型虽然小一点,但喷发能力却毫不逊色的间歇泉,它们和老忠实间歇泉类似,为我们提供了探索地球内部运作方式的机会。

    最近,地质学家带着温度和压力传感器、GoPro相机等设备,对其中一个绰号“首领”(El Jefe)的间歇泉进行了观测,5天内,首领间歇泉喷发了3 500次,相当于平均每132秒喷发一次。最终,地质学家收获了迄今最详细的有关水和蒸汽的喷发数据。

    和很多间歇泉相比,首领间歇泉的喷发规律多了,不过所有间歇泉的内部结构都大致相同:在地表以下很深的地方有一个储水室,通过一条狭窄的通道连接到地表。当来自地核的热量传导至储水室后,水中就会生成蒸汽气泡,气泡会一直上升,直至进入较小的侧腔,这个像陷阱一样的侧腔会把气泡困在这里。当侧腔中的蒸汽积聚到一定量以后,就会带着水一起从间歇泉的顶部溢流出来。最终,这些蒸汽会把通道中的水加热至沸腾,从而引起大喷发;通道顶部的水沸腾后,对下方的压力就会降低,而压力的降低会一直向下传递至储水室中,从而使得整个通道中的蒸汽和热水一下子都喷出来。(喷发之后就会进入到储能阶段,在此期间,水重新渗入储水室,开始下一轮循环。

    左图就是该研究小组提出的实验室模型。)他们的观测结果发表在了今年2月的《火山学与地热研究杂志》(Journal of Volcanology and Geothermal Research)中。

    参与首领间歇泉观测项目的加利福尼亚大学伯克利分校的地质学家迈克尔·芒加(Michael Manga)说,我们在不同深度进行了测定,这使我们能更好地理解间歇泉的喷发周期及沸腾模式。之前的研究只记录了温度和压力中的一项,但是要想了解热量是如何在地下水中传导的,需要同时知道温度和压力。美国地质调查局的研究员史蒂芬·英厄布里森(Steven Ingebritsen)非常好奇,在更全面了解间歇泉后,地质学家对火山等地热现象的认识会有多大提高。火山这样的地热现象大多发生在地下,很难探测——探测仪器在这样的高温下会熔化。无论是间歇泉喷发还是火山喷发,都是由地表下同一股岩浆驱动的。英厄布里森说,“他们的探测器已经抵达了能到达的最深处了。不过研究人员仍然充满好奇,再往下是什么。”