火山气

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  火山气中包含着各种从活火山(有时是休眠火山)中喷发出的物质。火山岩气有火山岩石内部小孔洞或气囊中的气体、在火山岩浆和熔岩中游离的气体、直接从熔岩中喷发出的气体或者是火山活动将地下水加热后产生的气体。
  地球上的火山气的来源包括:地球地幔中的原始和再生成分,地壳中被吸收的成分,地下水和大气层。可以变成气态或者加热后释放气体的物质被称作可挥发物质。
  
  岩浆气体和高温火山气
  
  当岩浆中的可挥发物质的浓度达到蒸发点时,就会释放出火山气。地表熔岩可以释放出高温火山气(温度大于400℃)。如果是爆炸性火山喷发,从岩浆中突发出的气体可以导致熔岩的快速移动。当岩浆遇水、海水、湖水或地下水就迅速扩散。迅速膨胀的气体是引发大多数爆炸性火山喷发的推动力。但是,相当比例的火山气的释放发生在火山活跃期的准连续静态阶段。
  
  低温火山气和水热系统
  
  岩浆气体在上升时遇到含水层的大气水,就会产生蒸汽。潜热岩浆也可致使大气水上升,产生蒸汽相。炽热混合物的岩石流体相互作用可将冷却岩浆岩和围岩中的成分溶解出,引发量变、相变、反应,使得上升的渗流液的离子强度增加。在这一过程中,该种液体的pH值同时降低。冷却会导致分相和矿物沉积,伴随着还原条件的转变。这种水热系统在地面上的表现有两种,低温的火山气(温度小于400℃)或者是作为蒸汽-气体混合物蒸发,或者是溶解成为温泉。在海底,这种达到热饱和的炽热液体从发射点喷出,形成巨大的烟囱结构,因此被称作“黑烟囱”。
  
  非爆炸性火山气的释放
  
  火山气可以通过地壳断裂处的水平对流,也可以通过大面积透水地面(排气性扩散构造)的排气性扩散释放。在平流气释放的地方,硫和稀有盐凝结形成硫沉淀和小型硫烟囱,形成喷气孔。温度非常低(小于100%)的喷气孔构造又被称为硫黄温泉。二氧化碳的冷脱气被称作二氧化碳温泉。火山温泉常常表现为大量的溶解性的岩浆气体。
  
  火山气的组成
  
  火山气的主要成分是水蒸气、二氧化碳、硫(高温火山气中是二氧化硫、低温火山气中是硫化氢)、氮气、氩气、氦气、氖气、甲烷、一氧化碳和氢气。检测出的其他化合物包括大气氧、氯化氢、氟化氢、演化氢、氮氧化物、六氟化硫、羰基硫化物和有机物。其他的微量化合物包括甲基水银、卤化碳(包括氟氯化碳)和卤氧化物自由基。
  因各个火山不同,所以火山气中包含的物质也有不同。但是,水蒸气始终是最常见的火山气,通常情况下占到了喷发气体总排放量的60%,二氧化碳通常占10%~40%。
  位于会聚性板块边界的火山喷发出的水蒸气要比位于发散性板块边界的火山多。这主要是因为海水进入岩浆形成俯冲地带。会聚性板块边界的火山喷发出的火山气中的水蒸气,氢气、水蒸气,二氧化碳、二氧化碳,氦气、氮气/氦气的比例要比位于发散性板块的火山多。
  
  传感、收集和测量
  
  最早收集和分析火山气是由意大利科学家希皮奥于1790年进行的。可以对火山气进行传感(原位测量),或将其制作成标本做进一步分析。
  火山气体传感可以是:
  通过化学气体传感器在气体内部进行,或者在气体外部通过红外光谱气体细胞或空中远程光谱进行(比如相关频谱仪、关联谱仪、差分吸收光谱、红外光谱手段)。
  火山气的取样工作经常使用到一种装有苛性碱溶液的真空瓶,这种方法最早由罗伯特·W.本生(1811-1899)采用,之后由德国化学家维尔纳楼(1937-1997)进一步将其完善,并将其称为吉式采样瓶。其他方法包括采用真空瓶采集、使用低通量玻璃管、气体洗涤瓶(低温洗涤器)、浸渍过滤包和固体吸附剂管。
  气体样品分析技术包括热导检测器气相色谱仪、火焰离子化检测器、气体质谱仪和检测溶解物种的各种纯化学技术(如检测溶解二氧化碳的酸量滴定法、检测硫酸盐、氯化物和氟化物的氯离子色谱法)。测量金属、有机微量元素和同位素通常采用不同的质谱法。
  
  火山气与火山监控
  
  火山气中某些成分可能会显示地球深处不断变化的状况,使之成为预测火山爆发的强有力的工具。将其与监测到的地震或变形数据结合,会使监测数据更加精确。火山气监测是观察任何火山的标准工具。不幸的是,最精确的数据需要高危的实地采样活动。然而,自20世纪90年代以来,遥感技术已经取得了长足的发展。
  
  危险性
  
  1900年~1986年与火山有关的致死人数中有大约3%直接因火山气导致。有一些火山气通过酸腐蚀致死,有一些则使人窒息。火山喷发中也会产生温室气体二氧化碳,尽管火山喷发中二氧化碳的含量还不足全球总量的l%。包含二氧化硫、氯化氢、硫化氢、氢氟化物的火山岩气与其他大气微粒发生反应形成烟雾。
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