文：小张
编辑：小张
阿苏火山中岳火山口喷发以及喷发前的安静时期，对火山气体成分测量，发现火山喷发活动的特点是连续的灰烬排放，间歇性Strombolian活动和时间停顿。
我们在喷发期间测得的火山气体成分，变化迅速且较大，在火山灰喷发期间，二氧化硫比率在很大范围内变化，具有明显的负相关。
因为组合物的较大变化，因此将明显的负相关归因于脱气压力的两个数量级差异，例如火山灰中含有大量一氧化碳的气体，所以二氧化硫和硫化氢都来自高压。
今天小张就给大家讲一下，在日本阿苏火山喷发的不同阶段，火山气体的成分发生了哪些变化。
岩浆中气泡的膨胀
岩浆中气泡的膨胀是爆发性喷发的主要驱动力，岩浆中气泡的行为，控制着喷发方式的变化，火山气体组成限制了气泡形成和气泡与岩浆分离的条件。
然而由于难以从喷发喷口取样，过去对喷发期间排放的气体成分知之甚少。气体监测技术的最新发展使得能够测量喷发期间排出的火山气体的成分，并揭示了喷发期间气泡在岩浆中的作用。
一氧化碳增加，所以在斯特龙博利火山和比利亚里卡火山发生阵发性爆炸之前，通过多气体测量观察到火山气体的比例，归因于一氧化碳的供应，在高压下形成的富含气泡。
中岳火山是一座持续脱气的火山，岩浆喷发频繁其特点是连续的火山灰间歇性地喷发，最近的喷发活动中，气体测量是在不同强度的火山灰喷发期间，和喷发的时间暂停期间进行的。
根据喷发活动的变化，来评估引起观察到的气体成分变化的条件，除此之外，我们还测量了喷发前静默期的气体成分变化，以及静默期和喷发期供气过程的变化。
在最后一次中岳火山口形成喷发后，在火山口中心附近形成了几个火山口后锥体，其成分从玄武岩到流纹岩不等。
中岳锥是阿苏火山目前活跃的，是玄武岩至玄武岩-安山岩层状岩，在过去几千年中，中岳锥体的主要喷发产物是带有一些痕迹的黑灰，表明最重要的喷发方式是连续的灰烬喷发。
而在火山的安静阶段，中岳锥的山顶火山口充满了一个热酸性火山口湖，水温范围为40-80°C，酸度水平为pH = -1至+ 1。
中岳陨石坑重复了如下循环活动：当湖水水位变低时，会发生潜水喷发。湖水完全干涸后，底部出现高温气体喷口，带有白炽灯然后开始散发火山灰。
随着喷口的扩大，火山灰喷发变得连续而强烈，并与间歇性Strombolian爆炸有关，火山口湖水随着岩浆喷发活动的减弱而恢复。
最近的岩浆喷开始后，持续不断的火山灰喷发和间歇性Strombolian爆炸，一直持续火山灰排放暂时停止。
随着陨石坑底部的喷气孔温度升高，即使在白天也观察到白炽灯，喷口扩大变得密集，喷发方式则是间歇性的喷发，类似于过去的喷发。因为火山口底部在喷发期间是干燥的，根据对火山灰喷发期间盐沉降物的观测，建议将热液系统位于喷发喷口周围的浅层深度。
气体排放发生在中岳陨石坑的两个位置：陨石坑南壁的喷气孔和陨石坑的中心区域。在安静阶段火山口充满了热和酸性湖水，湖水干涸后喷气孔出现在火山口底部的中心。
喷发始于其中一个强烈的喷气孔，该喷气孔成为火山口底部喷发和脱气的单一位置。主喷口不仅在火山灰喷发期间排放火山气体，而且在喷发的时间暂停期间排放火山气体。所以说无论从安静期到喷发期的变化如何，南部喷气孔的脱气都是连续的。
富马洛尔气体具有典型的岩浆气体成分，具有高二氧化硫和氢气含量，根据同位素组成估计的高平衡温度，最高可达900°C，表明富马洛尔气体直接来自岩浆脱气，湖中盐酸和氢含量低，由于在湖水中发生反应，但二氧化硫含量高，表明岩浆气体也供应到湖气。
方法
从南部喷气孔、火山口湖面或主喷口排放的火山气体的成分，是通过使用Multi-GAS和碱滤包技术测量羽流来估计的。
洗涤器的容量为1500 ppm min，可去除二氧化硫150 ppm 持续 10 分钟，洗涤器暴露在高二氧化硫羽流中后需要更换浓度。
由交叉灵敏度传感器检测到，硫的含量约为0.1%，洗涤器可以量化二氧化硫和硫化氢的比，可达1000。硫、氟的相对浓度，则是使用碱滤包技术获得的。而火山气体中气体种类的浓度，比是根据两种气体浓度饿的线性相关斜率估计的。
自然羽流测量的实际误差，取决于火山气体种类的浓度、浓度变化的速度和大气中的背景波动。氢气上的典型误差在稳定的大气条件下，比值±10%，但水与二氧化硫的比值，随着大气的波动而变大。
在静默期间，我们考虑风向和实际羽流运动，通过选择测量位置，分别估计了富马洛尔气体和湖气的成分。火山口湖和喷气孔，由于山顶火山口的陡峭壁而无法进入，羽流测量在火山口边缘进行。
在此阶段，我们可以安全地进入各个位置，包括喷气孔附近的陨石坑南缘，这使得富马洛尔气体与湖气的单独测量成为可能。然而由于这些气体的位置相邻，这些气体的交叉污染可能偶尔发生于当地风向的变化。
在大多数情况下，我们可以通过忽略成分与目标气体成分明显不同的次要峰，来估计每种目标气体的代表性成分，根据这些不同成分的峰，发现可能有来自非目标气体的污染。
然而，这些污染对碱性过滤器数据的影响无法消除，这是因为过滤器内对羽流进行了采样，其结果是采样期间的平均成分。
在喷发期间由于避免危险的通道有限，无法对来自不同来源的气体进行单独测量，所以每次观测时，测量的羽流成分变化很大，因为相当大的散射，我们无法估计代表性的浓度比。
这些大散射可能是由于源气体成分的时间变化，或不同来源导致的。为了量化时间地变化，我们通过比较主要二氧化硫中，每种物质的峰值浓度，来获得气体浓度比。
高SO2峰浓度比的典型误差峰值被认为与基于散点图线性相关性获得的峰值相似。较大的误差可能与SO2较低的峰有关浓度。
除了气体测量之外，我们还在陨石坑边缘的一个站点观察到了次声波。在传播时不应考虑地形障碍的影响。
结果
我们分别估计了富马洛尔气体和湖气的成分，但在某些气体中可以识别交叉污染的影响，在这些情况下，我们只能估计两个末端成员比率。
因为成分的变化，可能是由于富马洛尔气体和湖气的交叉污染，所以在高水位期间，湖气的二氧化碳含量较小。如果将富马醇气体与湖气混合会产生更大的二氧化碳，湖气中组合物很可能是受富马醇气体的影响。
而大量的二氧化硫在这两种情况下，可能是污染较少的湖气，第二天测得的较小比率是由富马醇气体污染引起的，因为混合富含盐酸的富马醇气体会有效地降低二氧化硫厘比。
湖气组合物的变化略大于典型误差，最多是误差的两倍。大于典型误差的变化可能意味着实际条件下的实际误差，或者是富马醇气体成分的时间或空间变化。许多喷气孔沿着陨石坑的南壁分布，并可能导致空间变化。
湖泊气体和富马洛尔气体成分的长期变化，与勘测期间观察到的特征相似的特征，在喷发开始前14天，火山爆发前的气体成分也没有显示出明显的变化。
所以湖气的比例范围为0.34至2.6，富马洛尔气体的比例范围为1.7至10。这些气体具有相似的一氧化碳，所以当比率接近3时，湖泊气体比率从中心值到大比率的偏差较大，而富马洛尔气体比率与较小比率的偏差较大。
富马洛尔气体的比率没有显示出明显的时间变化，通过排除相关因子的劣质数据，发现湖泊气体的比率，具有相似的平均值，这是高温火山气体的常见范围。湖气富马洛尔气体没有二氧化硫多，但低水位时期的低值除外，这是由于反应消耗在湖水的硫中形成。
富马醇气体比率没有显示出明显的时间变化，平均值为 10 ± 4。湖气中的硫比通常大于富马醇气体，但低水位期间的低值除外。
结论
在测量了火山气体成分的变化后，发现喷发期火山气体成分的特点是变化迅速且变化大，这些对比鲜明的组合物，可能是由高压气体-岩浆平衡压力的巨大变化引起的，与喷发岩浆的脱气一致，低富马醇气体是归因于快速上升引起的气泡绝热膨胀的冷却。
根据火山气体成分数据，在火山喷发期气体脱气条件下，来自不同深度的气泡频繁上升，导致气体成分变化迅速而大，不同深度的气泡继续上升，但高压产生的气泡随时间而减少。
在喷发期结束时，脱气条件变得稳定，没有来自不同深度的气泡，从而产生稳定的火山气体成分。
