本月中旬,汤加海域发生火山喷发并引发海啸,对汤加造成了灾难性的影响。浓厚的火山灰遮天蔽日,使得整个国家通讯中断,近乎“失联”,牵动着全球人类的心。
而在人类的文化中,火山与岩浆往往意味着灾难。古罗马时期的人们便将火山爆发与火与工匠之神伏尔甘(Vulcānus)联系在一起,当火山爆发时便是伏尔甘在发怒,英文火山(Volcano)一词的词根便由此而来。他的宝物是世间最大的火山,意大利南部的武尔卡诺火山由此得名。
这个神明的名字可以追溯到克里特岛的神话传说,公元前1500年前后,距离克里特岛70公里的火山爆发,这一火山爆发规模超过了1815年的坦博拉火山爆发,导致克里特岛上的米诺斯文明迅速衰落,公元前1420年,克里特岛被北方落后的迈锡尼人征服,关于火山的神话传说可能由此被继承,代价是一个文明的毁灭。
克里特岛火山喷发
岩浆,就是融化的岩石,它到底从何而来呢?
当然,它来自地底下,( ̄▽ ̄)"。在小时候,我以为我们的大地之下全是炽热的岩浆,在地壳是薄薄的一层,在地壳的薄弱处,岩浆就会喷发出来,形成火山,带来灾难。
游戏中对岩浆场景的描绘
而事实真是如此吗,Σ(o゚д゚oノ)?
其实这种想象更类似于地球早期岩浆海(magma ocean)表面刚刚冷却时的样子。在地球形成的早期,大量的星际物质在重力的作用下不断撞击,大量的重力势能转化为了热能,而一些放射性元素的衰变也产生了大量的热,这些热量使得地球上几乎所有的岩石都完全融化,形成广袤的岩浆海[1]。
岩浆海想象图
然而,经过45亿年的冷却,如今的地球早已不是这种炽热的状态。如今的地球,大部分的硅酸盐岩石都已经冷却成了固体。根据地震学研究的结果,地球目前内部的结构大致为地壳、地幔和地核[2]。
地球的圈层结构
根据地震学的观测结果,只有地核中的外核部分以液态形式存在,地球的其他部分都以固体形式存在。
当然,仍有大量的热量赋存在地球深部。地核的温度约6000℃[3],在地表附近,深度每增加1公里,温度将升高25-30℃。在660km附近,温度可以达到约1700℃。
地温梯度线(图源网络[4])
那地下温度这么高,那为什么岩石还是没有融化呢?答案是:压力。
我们知道,物质的“熔点”还受到压力的影响。举个我们熟悉的例子:烧开水。压力越低,水越容易烧开,而压力越高,水越不容易烧开。对大部分岩石来说,压力越高,开始融化所需的温度也越高。而从地球的平均温压条件看,在特定压力下,温度总是比岩石开始熔化所需的温度要低[5]。这里我用“开始融化的温度”,并不是为了水字数,而是因为岩石的成分很复杂,它们没有一个固定的“熔点”,只有开始熔融的温度,我们称作“固相线”。从下面的示意图可以看到,地球的平均地热线落在岩石固相线的左边,说明在正常情形下,岩石不会融化成岩浆。
地热线与岩石固相线
尽管对大多数的情况而言,上面这张图都是成立的。但是在一些地方,地热线或者岩石的固相线会发生改变,使得地热线有一部分进入到固相线右侧,岩石就会融化成岩浆。
那么如何得到一碗热腾腾的岩浆呢?送给大家六字锦囊:减压、升温、加水。而达到这些条件成功让岩石融化成岩浆的典型区域分别是:洋中脊,地幔柱(洋岛)和俯冲带(岛弧)。
1.减压
减压使得地热线向上移动
洋中脊是贯穿四大洋,具有相似特征的海底山脉,又称洋脊或中央海岭,它是板块诞生的地方。在洋中脊两侧,板块向两边拉伸,压力降低,地温线上移,岩石可以部分熔融形成岩浆。这些岩浆在海底安静地喷发,形成“黑烟囱”的奇特景观。
洋中脊(上)与黑烟囱(下)
2.升温
升温使岩石地热线向右移动
地幔柱是来自地球深部的上升热源。在此处温度比其他地方要更高,地热线右移,使得岩石部分熔融形成岩浆。这些岩浆可以形成一系列的火山岛链。其中最著名的是夏威夷火山。
夏威夷火山岛链示意图
3.加水
加水改变岩石固相线
俯冲带是板块消亡的地方,在这里,一个板块向另一个板块俯冲,会将板块上携带的大量富挥发分和水的物质带入深部,将改变这一区域岩石的化学组成,就像加盐可以加快冰雪融化一样,挥发分和水的加入会改变岩石的固相线,使得岩石更容易融化变成岩浆。这些岩浆上涌就会形成岛弧火山。比较著名的有日本的富士山。而最近喷发的汤加火山就是由于西太平洋板块向澳大利亚-印度板块之下俯冲造成的。
岛弧火山形成示意图
而不同区域形成的岩浆也具有不同的性质。一般来说,洋中脊和洋岛处的火山往往具有更低的SiO2和挥发分含量,导致其粘度更低,它们的喷发更为温和。这类岩浆喷发在大多数情形下会“安静”地流淌,只影响熔岩流过的区域,你甚至可以近距离欣赏熔岩流。
熔岩流
而俯冲带后形成的岩浆就不一样了。它们往往具有更高的SiO2含量和挥发分成分。这类岩浆粘度高,不容易流动,通常是“不喷发则已,一喷发惊人”。会将大量的物质送入几千米的高空中。此次的汤加火山就属于这类。
历史上,这类火山爆发往往会具有极大的破坏力。公元79年,在前文所述的意大利地区,维苏威火山的爆发直接掩埋了意大利第二大城庞贝。当时,著名的博物学家老普林尼在拯救灾民时不幸被火山喷出的毒气毒死,在远处的小普林尼记录下了火山爆发的景象之后对火山爆发的类型进行了比较与研究,普林尼型喷发便是以小普林尼的名字命名。
近世以来,随着对火山研究的深入,科学家发现火山与人类文明的兴亡有着比较紧密的联系,除了比较知名的“无夏之年”外,“17世纪危机”中火山也扮演了相当重要的角色。2021年11月的一篇发表在《communications earth & environment》上的文章指出,火山爆发系统性地影响了王朝的覆灭。虽然这一消息令人吃惊,但文章也指出,灭亡与否也与社会应对与抗压能力有着直接关系[6]。因此,火山的爆发我们无法避免,所能做的只有提高人类社会应对灾难的能力,而这需要科学界与整个社会一起达成共识以促进抗灾能力的提升。科学的人文价值便在于此。
References
[1] Elkins-Tanton, L. T. Magma Oceans in the Inner Solar System. Annu Rev Earth Pl Sc 40, 113–139 (2012).
[2] Brown, J. M., & Shankland, T. J. (1981). Thermodynamic parameters in the Earth as determined from seismic profiles. Geophysical Journal of the Royal Astronomical Society, 66(3), 579–596.
[3] https://www.nsfc.gov/publish/portal0/tab446/info66077.htm
[4] https://vibaike/125528/
[5] Wyllie, P. J. Solidus curves, mantle plumes, and magma generation beneath Hawaii. J Geophys Res Solid Earth 93, 4171–4181 (1988).
[6] Gao, Chaochao, et al. "Volcanic climate impacts can act as ultimate and proximate causes of Chinese dynastic collapse." Communications earth & environment 2.1 (2021): 1-11.
撰稿:肖子聪、行思
转载内容仅代表作者观点
不代表中科院物理所立场
来源:石头科普工作室
编辑:藏痴
小皮果吖制作严禁搬运转载!
作者我的世界版本:网易手机版。
我的世界是一款沙盒游戏,该游戏以玩家在一个充满着方块的三维空间中自由地创造和破坏不同种类的方块为主题。
玩家在游戏中可以在单人或多人模式中通过摧毁或创造精妙绝伦的建筑物和艺术,或者收集物品探索地图以完成游戏的成就(进度)。
玩家也可以尝试在创造模式下(打开作弊)红石电路和指令等玩法。
因此在指令中会涉及到一些物品英文ID,皮果就给大家整理好啦!
本期为常用物品英文ID,更多看往期文章。
常用物品air空气
arrow箭
anvil铁砧
bow弓
bucket桶
bread面包
bed床
book书
bedrock基岩
blackstone黑石
blaze_powder烈焰粉
beacon信标
chest箱子
cake蛋糕
carrot胡萝卜
concrete混凝土
diamond钻石
dirt泥土
elytra鞘翅
end_rod末地烛
end_crystal末影水晶
end_portal_frame末地传送门
ender_chest末影箱
ender_eye末影之眼
ender_pearl末影珍珠
enchanting_table附魔台
enderman_spawn_egg龙蛋
enchanted_golden_apple附魔金苹果
feather羽毛
flint燧石
fireworks_rocket烟花
grass草块
gravel沙砾
glass玻璃
golden_carrot金胡萝卜
golden_apple金苹果
glowstone萤石灯
glass_bottle空瓶
gunpowder火药
hopper漏斗
heart_of_the_sea海洋之心
hay_block干草块
honey_block蜂蜜方块
jukebox唱片机
kelp海带
lava_bucket岩浆桶
lantern灯
lead栓绳
leather皮革
ladder梯子
filled_map空地图
mab_spawner刷怪笼
name_tag命名牌
nether_star下界之星
oak_boat橡木船
oak_sign橡木告示牌
obsidian黑曜石
potion水瓶
paper纸
quartz下界石英
quartz_ore下界石英矿石
quartz_block石英块
redstone红石
redstone_block红石块
redstone_ore红石矿
redstone_torch红石火把
redstone_lamp红石灯
stone石头
sand沙子
slime粘液块
totem_of_undying不死图腾
undyed_shulker_box潜影盒
vine藤蔓
wood橡木
water_bucket水桶
shears剪刀
stick木棍
string线
yellow_glazed_terracotta黄色带釉陶瓦
zombie_spawn_egg僵尸蛋
常用装备剑sword
wooden_sword木剑
stone_sword石剑
iron_sword铁剑
golden_sword金剑
diamond_sword钻石剑
netherite_sword下界合金剑
稿pickaxe
wooden_pickaxe木稿
stone_pickaxe石稿
iron_pickaxe铁稿
golden_pickaxe金稿
diamond_pickaxe钻石稿
netherite_pickaxe下界合金稿
头盔helmet
leather_helmet皮革帽子
chainmall_helmet锁链头盔
iron_helmet铁头盔
golden_helmet金头盔
diamond_helmet钻石头盔
netherite_helmet下界合金头盔
turtle_helmet海龟壳
胸甲chestplate
leather_chestplate皮革上衣
chainmall_chestplate锁链胸甲
iron_chestplate铁胸甲
golden_chestplate金胸甲
diamond_chestplate钻石胸甲
netherite_chestplate下界合金胸甲
护腿leggings
leather_leggings皮革裤子
chainmall_leggings锁链护腿
iron_leggings铁护腿
golden_leggings金护腿
diamond_leggings钻石护腿
netherite_leggings下界合金护腿
靴子boots
leather_boots皮革靴子
chainmall_boots锁链靴子
iron_boots铁靴子
golden_boots金靴子
diamond_boots钻石靴子
netherite_boots下界合金靴子
其它
shield护盾
crossbow弩
bow弓
arrow箭
fishing_rod钓鱼竿
trident三叉戟
斧axe
wooden_axe木斧
stone_axe石斧
iron_axe铁斧
golden_axe金斧
diamond_axe钻石斧
netherite_axe下界合金斧
铲shovel
wooden_shovel木铲
stone_shovel石铲
iron_shovel铁铲
golden_shovel金铲
diamond_shovel钻石铲
netherite_shovel下界合金铲
锄hoe
wooden_hoe木锄
stone_hoe石锄
iron_hoe铁锄
golden_hoe金锄
diamond_hoe钻石锄
netherite_hoe下界合金锄头
常用矿物其它
charcoal木炭
netherite_scrap下界合金碎片
ancient_debris远古残骸
矿物
coal煤炭
redstone红石
copper_ingot铜锭
lapis_lazuli青金石
iron_ingot铁锭
gold_ingot金锭
diamond钻石
emerald绿宝石
netherite_ingot下界合金锭
quartz下界石英
矿粒nugget
iron_nugget铁粒
gold_nugget金粒
矿块block
coal_block煤炭块
copper_block铜方块
lapis_block青金石块
redstone_block红石块
iron_block铁块
gold_block金块
diamond_block钻石块
emerald_block绿宝石块
netherite_block下界合金块
quartz_block石英块
矿石ore
coal_ore煤炭矿石
redstone_ore红石矿石
copper_ore铜矿石
lapis_ore青金石矿石
iron_ore铁矿石
gold_ore金矿石
diamond_ore钻石矿石
emerald_ore绿宝石矿石
quartz_ore下界石英矿石
粗矿raw
raw_copper粗铜
raw_iron粗铁
raw_gold粗金
粗矿块raw_block
raw_copper_block粗铜块
raw_iron_block粗铁块
raw_gold_block粗金块
深层矿石deepslate_ore
deepslate_coal_ore深层煤炭矿石
deepslate_redstone_ore深层红石矿石
deepslate_copper_ore深层铜矿石
deepslate_lapis_ore深层青金石矿石
deepslate_iron_ore深层铁矿石
deepslate_gold_ore深层金矿石
deepslate_diamond_ore深层钻石矿石
deepslate_emerald_ore深层绿宝石矿石
——完。
未经允许严禁搬运转载作者:小皮果吖本月中旬,汤加海域发生火山喷发并引发海啸,对汤加造成了灾难性的影响。浓厚的火山灰遮天蔽日,使得整个国家通讯中断,近乎“失联”,牵动着全球人类的心。
而在人类的文化中,火山与岩浆往往意味着灾难。古罗马时期的人们便将火山爆发与火与工匠之神伏尔甘(Vulcānus)联系在一起,当火山爆发时便是伏尔甘在发怒,英文火山(Volcano)一词的词根便由此而来。他的宝物是世间最大的火山,意大利南部的武尔卡诺火山由此得名。
这个神明的名字可以追溯到克里特岛的神话传说,公元前1500年前后,距离克里特岛70公里的火山爆发,这一火山爆发规模超过了1815年的坦博拉火山爆发,导致克里特岛上的米诺斯文明迅速衰落,公元前1420年,克里特岛被北方落后的迈锡尼人征服,关于火山的神话传说可能由此被继承,代价是一个文明的毁灭。
克里特岛火山喷发
岩浆,就是融化的岩石,它到底从何而来呢?
当然,它来自地底下,( ̄▽ ̄)"。在小时候,我以为我们的大地之下全是炽热的岩浆,在地壳是薄薄的一层,在地壳的薄弱处,岩浆就会喷发出来,形成火山,带来灾难。
游戏中对岩浆场景的描绘
而事实真是如此吗,Σ(o゚д゚oノ)?
其实这种想象更类似于地球早期岩浆海(magma ocean)表面刚刚冷却时的样子。在地球形成的早期,大量的星际物质在重力的作用下不断撞击,大量的重力势能转化为了热能,而一些放射性元素的衰变也产生了大量的热,这些热量使得地球上几乎所有的岩石都完全融化,形成广袤的岩浆海[1]。
岩浆海想象图
然而,经过45亿年的冷却,如今的地球早已不是这种炽热的状态。如今的地球,大部分的硅酸盐岩石都已经冷却成了固体。根据地震学研究的结果,地球目前内部的结构大致为地壳、地幔和地核[2]。
地球的圈层结构
根据地震学的观测结果,只有地核中的外核部分以液态形式存在,地球的其他部分都以固体形式存在。
当然,仍有大量的热量赋存在地球深部。地核的温度约6000℃[3],在地表附近,深度每增加1公里,温度将升高25-30℃。在660km附近,温度可以达到约1700℃。
地温梯度线(图源网络[4])
那地下温度这么高,那为什么岩石还是没有融化呢?答案是:压力。
我们知道,物质的“熔点”还受到压力的影响。举个我们熟悉的例子:烧开水。压力越低,水越容易烧开,而压力越高,水越不容易烧开。对大部分岩石来说,压力越高,开始融化所需的温度也越高。而从地球的平均温压条件看,在特定压力下,温度总是比岩石开始熔化所需的温度要低[5]。这里我用“开始融化的温度”,并不是为了水字数,而是因为岩石的成分很复杂,它们没有一个固定的“熔点”,只有开始熔融的温度,我们称作“固相线”。从下面的示意图可以看到,地球的平均地热线落在岩石固相线的左边,说明在正常情形下,岩石不会融化成岩浆。
地热线与岩石固相线
尽管对大多数的情况而言,上面这张图都是成立的。但是在一些地方,地热线或者岩石的固相线会发生改变,使得地热线有一部分进入到固相线右侧,岩石就会融化成岩浆。
那么如何得到一碗热腾腾的岩浆呢?送给大家六字锦囊:减压、升温、加水。而达到这些条件成功让岩石融化成岩浆的典型区域分别是:洋中脊,地幔柱(洋岛)和俯冲带(岛弧)。
1.减压
减压使得地热线向上移动
洋中脊是贯穿四大洋,具有相似特征的海底山脉,又称洋脊或中央海岭,它是板块诞生的地方。在洋中脊两侧,板块向两边拉伸,压力降低,地温线上移,岩石可以部分熔融形成岩浆。这些岩浆在海底安静地喷发,形成“黑烟囱”的奇特景观。
洋中脊(上)与黑烟囱(下)
2.升温
升温使岩石地热线向右移动
地幔柱是来自地球深部的上升热源。在此处温度比其他地方要更高,地热线右移,使得岩石部分熔融形成岩浆。这些岩浆可以形成一系列的火山岛链。其中最著名的是夏威夷火山。
夏威夷火山岛链示意图
3.加水
加水改变岩石固相线
俯冲带是板块消亡的地方,在这里,一个板块向另一个板块俯冲,会将板块上携带的大量富挥发分和水的物质带入深部,将改变这一区域岩石的化学组成,就像加盐可以加快冰雪融化一样,挥发分和水的加入会改变岩石的固相线,使得岩石更容易融化变成岩浆。这些岩浆上涌就会形成岛弧火山。比较著名的有日本的富士山。而最近喷发的汤加火山就是由于西太平洋板块向澳大利亚-印度板块之下俯冲造成的。
岛弧火山形成示意图
而不同区域形成的岩浆也具有不同的性质。一般来说,洋中脊和洋岛处的火山往往具有更低的SiO2和挥发分含量,导致其粘度更低,它们的喷发更为温和。这类岩浆喷发在大多数情形下会“安静”地流淌,只影响熔岩流过的区域,你甚至可以近距离欣赏熔岩流。
熔岩流
而俯冲带后形成的岩浆就不一样了。它们往往具有更高的SiO2含量和挥发分成分。这类岩浆粘度高,不容易流动,通常是“不喷发则已,一喷发惊人”。会将大量的物质送入几千米的高空中。此次的汤加火山就属于这类。
历史上,这类火山爆发往往会具有极大的破坏力。公元79年,在前文所述的意大利地区,维苏威火山的爆发直接掩埋了意大利第二大城庞贝。当时,著名的博物学家老普林尼在拯救灾民时不幸被火山喷出的毒气毒死,在远处的小普林尼记录下了火山爆发的景象之后对火山爆发的类型进行了比较与研究,普林尼型喷发便是以小普林尼的名字命名。
近世以来,随着对火山研究的深入,科学家发现火山与人类文明的兴亡有着比较紧密的联系,除了比较知名的“无夏之年”外,“17世纪危机”中火山也扮演了相当重要的角色。2021年11月的一篇发表在《communications earth & environment》上的文章指出,火山爆发系统性地影响了王朝的覆灭。虽然这一消息令人吃惊,但文章也指出,灭亡与否也与社会应对与抗压能力有着直接关系[6]。因此,火山的爆发我们无法避免,所能做的只有提高人类社会应对灾难的能力,而这需要科学界与整个社会一起达成共识以促进抗灾能力的提升。科学的人文价值便在于此。
References
[1] Elkins-Tanton, L. T. Magma Oceans in the Inner Solar System. Annu Rev Earth Pl Sc 40, 113–139 (2012).
[2] Brown, J. M., & Shankland, T. J. (1981). Thermodynamic parameters in the Earth as determined from seismic profiles. Geophysical Journal of the Royal Astronomical Society, 66(3), 579–596.
[3] https://www.nsfc.gov/publish/portal0/tab446/info66077.htm
[4] https://vibaike/125528/
[5] Wyllie, P. J. Solidus curves, mantle plumes, and magma generation beneath Hawaii. J Geophys Res Solid Earth 93, 4171–4181 (1988).
[6] Gao, Chaochao, et al. "Volcanic climate impacts can act as ultimate and proximate causes of Chinese dynastic collapse." Communications earth & environment 2.1 (2021): 1-11.
撰稿:肖子聪、行思
转载内容仅代表作者观点
不代表中科院物理所立场
来源:石头科普工作室
编辑:藏痴