瞬时科普:间歇泉为何会反复喷发?

地质学家发布了关于水和蒸汽之间爆发性舞蹈的最详细数据集

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黄石国家公园的老忠实间歇泉以其周期性的喷发令游客迷惑和欣喜。但由于其受欢迎程度,它受到严密保护:政府限制好奇的科学家进入,并限制对其管道进行实验。至少还有 80 个较小但同样具有冲击力的间歇泉在智利阿塔卡玛沙漠中喷涌而出,为探测地球内部运作提供了类似的机会。最近,地质学家携带温度和压力传感器、GoPro 摄像机和许多其他小工具,观察了一个这样的间歇泉,绰号为 El Jefe,在五天多的时间里,观察了超过 3,500 次喷发——平均每 132 秒一次。结果是什么?关于水和蒸汽之间爆发性舞蹈的最详细数据集。

El Jefe 的喷发比许多其他间歇泉更有规律,但其管道系统大致相同:一个深层地下水库,为通向地表的一条狭窄通道供水。随着来自地核的热量传递到水库,蒸汽气泡在水中上升,并向上穿过通道,直到它们被困在一个小的侧室中,即“气泡陷阱”。当那里积聚了足够的蒸汽时,它会逸出,并与水一起溢出间歇泉顶部。最终,这些逸出的气泡使通道中的水变得非常热,以至于沸腾并引发完全喷发;来自柱顶沸水的低压启动了向下传播的反应,降低了下方水的沸点,从而使来自整个水柱的蒸汽和热水同时喷射出来。(这些阶段,以及随后的补给阶段,即当水过滤回水库以恢复循环时,在上面小组的实验室模型中显示。)这些观察结果发表在 2 月份的《火山学和地热研究杂志》上。

加州大学伯克利分校 El Jefe 项目的地质学家迈克尔·曼加说,在不同深度进行的测量将有助于更好地理解间歇泉的循环和沸腾模式。之前的研究要么捕捉到压力,要么捕捉到温度,但两者都是深入了解热量如何在地球表面以下的水中传播所必需的。美国地质调查局的研究员史蒂文·英格布里森对关于间歇泉的更完整的图景能够告诉地质学家关于其他地热现象(例如火山)的信息很感兴趣,火山主要在地下运作,而且非常难以探测——仪器会熔化,首先。地表下相同的岩浆流为两种类型的喷发提供动力。“他们尽可能深入地探测,”英格布里森说。“但你想知道更深处发生了什么。”

莎拉·列文·弗雷泽是《大众科学》的高级新闻编辑。她计划、安排和编辑月刊杂志的“进展”部分,以及编辑在线新闻。在 2019 年加入《大众科学》之前,她曾在 Space.com 担任副编辑,记录人类的星际之旅。(甚至更早之前,她曾在《大众科学》担任印刷实习生。)弗雷泽拥有布朗大学的数学学士学位和纽约大学科学、健康与环境报道专业的硕士学位。她喜欢音乐剧和数学纸工艺。

更多作者:莎拉·列文·弗雷泽
大众科学杂志 第 312 卷 第 5 期本文最初以“准时”为标题发表于大众科学杂志 第 312 卷 第 5 期 (), p. 27
doi:10.1038/scientificamerican0515-27
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