为什么海底火山不会被海水浇灭？

　　我们在灾难题材的影视作品中常常会看到这样的场景：海底的火山剧烈喷发，翻搅出可怕的涡流和巨浪
　　面对这个画面，很多人的脑海中都曾闪过这样的一个问题：
　　为什么海底的火山不会被海水浇灭呢？
　　海底火山喷发，图片来源：theconversation
　　01hr火山喷火的山
　　在理解这个问题之前，需要先纠正部分人的错误印象。
　　很多人在想起火山时，第一反应可能是一座高耸的锥形山，正在喷出粗大的烟柱看上去就好像是一座正在喷火的山。
　　而在火山喷发之后，大面积飘落的大量白色火山灰，也与我们常见的烟灰极为类似，都是细颗粒的灰尘，都是灰白色。
　　所以很多人下意识认为火山喷火的山。但如果我们拉近视角，近距离观察火山就会发现完全不是这样的。
　　因为火山喷发出来的熔岩实际上是一种高温流体，在本质上与水并无差别，反而与火是截然不同的物质。
　　许多熔岩的近距离照片都可以明显看出它们很多时候与液体无异。
　　我们从小学习物理的时候就知道物质存在三种相态的变化：气体、液体、固体。与相态变化相关的则是熔点和沸点。
　　以水为例，水的熔点是0，沸点是100，当温度低于0时，我们见到的固态水冰；
　　当温度处于0100之间时，我们见到的是液态水；
　　而当温度高于100时，我们见到的则是气态水水蒸气。
　　基本上所有物质都是这样，有熔点和沸点，并会随着温度而改变相态。
　　岩浆则是熔融的岩石由于岩石成分非常复杂，其内部不同成分的熔点和沸点均不一致，所以其实大部分岩浆是固液气混合物。
　　而与之相比，火焰则是可燃物在燃烧过程中释放光和热以及各种化学产物的过程。
　　在火焰中，主要物质成分是二氧化碳、水蒸气、氧气、氮气等气体。理解了火山喷出的是岩浆，而岩浆是高温熔融体而不是火这一点之后，我们应该就能理解：当海底火山喷发的时候，岩浆进入海水中其实就好像在冷水槽中通入热水一样，而不是从海底喷出的大火。
　　冷水会让热水降温，但却无法像扑灭火焰一样，让热水消失，除非我们手动关闭热水水龙头。
　　0hr海底火山从哪里来？
　　所以问题到了这里就变成，既然海底火山如同一个不断喷出热水的水龙头，而海水又会让岩浆降温变成岩石。
　　那么巨量的海水无疑能让喷出来的岩浆都凝固，从而堵塞火山口，让海底火山再也无法喷发吧？
　　答案是不能。
　　因为火山实际上是行星级别的热量和物质循环的产物，地球不死，火山就不会停止活动。
　　整个地球其实是遵循着基本的物理和化学规律在运转的，这些规律并不深奥。
　　比如火山的形成和活动，就可以用热力学第二定律来解释听起来很专业，但它的其中一种表述（克劳修斯表述）却很贴近我们的生活：热量总是自发地从高温热源流向低温热源，而不是相反。
　　如果追溯地球46亿年的演化历史就会发现这一规律的作用：
　　大约46亿年前，地球在无数星子的碰撞中逐渐诞生，碰撞的能量转换为热量。
　　因此，当时的地球是一个巨大的岩浆球（整个或大部分地表都是岩浆），其表面温度高达数千摄氏度。
　　无数小行星的撞击下地球就是一个红彤彤的岩浆球，图片中的环状就是撞击产生的。
　　图片来源：flickrKevinGill
　　随后，由于岩浆是可流动的，因此重的物质下沉，轻的物质上浮（看，这里又是一条物理规则）。
　　重的物质下沉时，重力势能会转化为热能；同时，原本分散在星子中的放射性元素也因此而聚集在一起，不断进行衰变，同时释放出能量。
　　这些能量让地球内部的岩浆一直处于加热状态。
　　但与此同时，由于宇宙背景温度很低，平均为270，所以地球以热辐射的方式不断向外传递热量（热量传递三种方式：
　　热传导、热对流、热辐射，但宇宙中为真空，没有介质，所以地球只能以热辐射形式向外传递热量）。
　　既然传递了热量，那么地球肯定要降温地表最先降温，于是这里的岩浆就会先冷却下来形成岩石，这就是最初的地壳了。
　　靠近横行的开普勒78b行星，其表面被灼热成炽热的岩浆。图片来源：wikipediaJackMadden
　　到了现在，地球已经演化出地壳、地幔、地核三层结构，其温度也是从地壳到地核越来越高。
　　同时，因为重的物质不断下沉，导致其密度也是越来越高的地壳平均密度2。8gcm3，地幔平均密度4。59gcm3，地核平均密度11gcm3。
　　所以我们也可以认为地壳就是漂浮在地幔之上的就跟木板漂在水上一样。到了这时候，我们就可以把地球想象成一个火锅
　　地核是火炉，能量来源于重力势能以及放射热能；
　　地幔是火锅汤底，因为火炉的炙烤不断升温；
　　地壳则是漂浮在最上层的白菜帮子。
　　在地核加热下，地幔不断产生热对流热的地幔从地核处往上运动，冷的地幔物质从地壳之下往下层钻。
　　地幔中的热循环模式，有人认为是全幔循环，有人认为是上下地幔分别循环。图片来源：wikipedia
　　而地壳部分相对于地幔和地核非常薄，地壳平均厚度只有17千米（大陆地壳33千米，海洋地壳10千米），就算加上上地幔顶部部分固态岩石后组成的岩石圈，其厚度也只有100千米左右。
　　与之相比，地幔厚度则高达2850千米，因此，在地幔运动的带动下，这些薄薄的固态岩层必然会被撕裂开来，并随着地幔而运动
　　就好像火锅上的白菜帮子会因为火锅汤底的翻腾而运动不休一样。
　　被撕裂的地壳的各个部分就变成了板块，而随着地壳的运动，板块之间也会运动起来，有些板块之间相互碰撞，有些板块之间相互分离。
　　从常识就能知道，这些相互分离的板块边界处又薄又脆弱，其下的地幔物质也很容易突破岩层的封锁，喷出地表
　　这样就会沿着板块边界形成一长溜火山带。
　　而随着板块之间分开的越来越远，板块边界处火山喷发后的岩浆冷却，就形成了薄薄的地层，也就是洋壳。
　　由于这里相对于板块内部地层薄很多，因此自然就是低洼地带，所以就会积水形成海洋。
　　事实上海洋也就是这么形成的，而海洋的形成也与板块运动息息相关。
　　我们在目前的地球上就能找到各个生长阶段的海洋：
　　裂谷小洋盆成熟的洋盆消亡阶段的洋盆死亡即将闭合的洋盆完全闭合的洋盆。这在地质学中被称为威尔逊循环。
　　威尔逊循环。图片来源：wikipedia
　　所以，海底火山实际上就是板块运动的结果，其中绝大部分海底火山都位于板块分离的边界。
　　从二战以后，随着人类对海洋探索的深入，我们已经发现了漫长的海底火山带，它们大多位于海洋中间的位置，被称为洋中脊。
　　它们是世界上最长的山脉，总长度约有8万千米。
　　地球上的洋中脊分布图，有洋中脊的地方就有海底火山。图片来源：wikipedia
　　当然，还有另外一些海底火山。它们的形成与地幔热柱的活动有关系。
　　在地幔处并不是处处均匀受热的，其中部分地幔物质要比其他地方热很多，热了就会向上跑，于是它们就会形成直达地壳之下的地幔热柱。
　　地幔热柱顶端可能还会分出不少分支小热柱来，它们的活动也会顶破薄薄的洋壳的束缚，成为不断喷涌的海底火山。夏威夷岛链的形成就与此有关。
　　在这个理论中，地幔热柱的位置是不变的，但是由于地壳运动（图中深蓝色箭头），地幔热柱就在地壳上形成一系列火山。图中的数字是岛屿的形成年代，单位为百万年，比如4。89，就是489万年。图片来源：getarchive。net
　　从太空中俯瞰夏威夷岛链。图片来源：wikipedia
　　但无论是板块边缘，还是地幔热柱，火山的形成都是地球内部热量循环的结果，仅靠地表这薄薄的一层海水是无法让地球内部停止活动的。
　　所以说，大家就不必为海底的火山而担心啦！
　　出品：科普中国
　　作者：地星引力
　　监制：中国科普博览