火山為什麼會噴發？
― 就像打開碳酸飲料的蓋子一樣
火山噴發並不是「熱能讓岩漿噴出來」的現象。而是原本被壓住的氣體，一旦擺脫壓力就變成氣泡的現象。這和打開碳酸飲料蓋子時發生的事，原理完全相同。差別只在於內容物是不是黏稠而已。
未開封的寶特瓶裡，看起來就只是液體。看不到氣泡。二氧化碳溶解在液體裡，只是看不出來而已。
打開蓋子後，會發出「噗咻」的聲音並冒出氣泡。內容物本身並沒有改變。改變的只有壓力。因為壓住它的力量消失了，原本無法繼續溶解的氣體就變成了氣泡。
這時候，如果裡面裝的不是水，而是黏稠的糖蜜呢？氣泡無法往上竄出，會連同內容物一起被往上推。如果先用力搖晃再打開，就會噴出來。
這就是火山。瓶子是地面，內容物是岩漿，溶解在裡面的氣體是水和二氧化碳。
地底深處承受著強大的壓力，所以水和二氧化碳都會維持溶解在岩漿裡的狀態。一旦上升、壓力下降，就會無法繼續溶解而變成氣泡。
如果岩漿稀薄，氣泡就能跑出來，熔岩會安靜地流動。如果黏稠，氣泡就會被困住，到達極限時會一口氣爆裂。
也就是說，決定噴發激烈程度的並不是溫度，而是岩漿的「黏稠度」。接下來依序說明。
氣體在地底下是「看不見」的
岩漿裡含有百分之幾的水和二氧化碳。但在地底深處，它們並不是以氣泡的形態存在。而是被強大的壓力壓住，溶解在岩漿裡。
氣體能溶解在液體裡的量，壓力越大就越多。碳酸飲料之所以要以高壓灌裝，就是因為不這樣做，二氧化碳就無法完全溶入。
岩漿上升時，上方岩石的重量會逐漸減少。壓力一減少，能溶解的量也會跟著減少。多出來的部分就變成氣泡。
接下來的變化會很快。氣泡一形成，岩漿整體就會變輕，上升得更快。一旦上升，壓力又會進一步下降，產生更多氣泡。於是進入停不下來的循環。
而是蓋子被打開，氣泡冒了出來。
氣泡能不能跑出來，決定了一切
這時候，岩漿的黏稠度就成了關鍵。黏稠度會因岩漿中某種成分的比例而大幅改變。這種成分少就稀薄，多就黏稠。
氣泡會往上跑出去，壓力不會累積。噴發會呈現熔岩流出的形式，像紅色的河流一樣。夏威夷的火山就是這種類型。
氣泡跑不出來，會持續從內部膨脹。最後岩漿本身被撕裂成碎片，以猛烈的氣勢噴出。
B 的「岩漿被撕裂」，是噴發過程中最關鍵的瞬間。原本是液體的東西，瞬間變成「細小碎片與高溫氣體的混合物」。這些碎片，如果飛上天空就成為火山灰，如果沿著斜坡流下就成為火碎流（pyroclastic flow，高溫碎屑與氣體混合、沿斜坡高速流動的現象）。
日本的火山大多介於中間偏黏稠。所以在日本，必須為爆發性噴發做好準備。
火碎流是高溫的火山灰、岩石碎片與氣體結合在一起、沿斜坡往下流動的現象。據說溫度可達數百℃，速度有時可超過時速100公里。
看到之後才跑，事實上是來不及的。它不一定沿著山谷流動，有時也會越過山脊。唯一的對策，就是不要進入火碎流可能到達的範圍。
所以避難不能等到「發生之後」，而是必須在發布警戒資訊的那一刻就採取行動。「看起來還好」正是這種災害最危險的地方。
登山前、居住地，可以做的事
- 登山前一定要確認噴發警戒等級日本氣象廳會針對每座火山發布。等級升高的山不要去登。「難得都來了」是最危險的心態。也請務必提交登山計畫書。
- 在山上，要留意頭盔和避難地點噴石有時是數十公分大的岩石，會高速飛來。登山前先在地圖上確認頭盔，以及可避難的山屋、避難壕的位置。堅固的岩石陰影處也可以是候補。
- 發現噴發時，立刻遠離火山口，遵從指示一邊保護頭部，一邊往上風處、下山方向移動。如果降下火山灰，用口罩和護目鏡（沒有的話用毛巾和眼鏡）保護口鼻和眼睛。如有傷者請撥打119。之後請遵從地方政府與氣象廳的資訊。
它不是燃燒後的殘渣，而是岩漿破碎後形成的玻璃與礦物碎片。稜角尖銳，具有以下性質。
- 會傷害眼睛和喉嚨。請勿揉搓，用清水沖洗
- 遇水會變重。堆積在屋頂上有可能壓垮建築物
- 會滲入機械。汽車引擎和空調會受損。飛機將無法飛行
- 遇雨會變成泥流。即使噴發平息後，每逢大雨危險仍會持續
火山灰堆積時，基本原則是用水沖，或先弄濕再清掃，而不是用掃的。因為讓乾燥的灰塵飛揚起來，會被吸入體內。
在廚房就能確認的事（不用火）
- 準備2個透明杯子，分別裝入①水 ②蜂蜜或糖漿
- 各自用吸管緩緩吹氣，觀察氣泡的變化
- 水中的氣泡會馬上浮起消失。糖漿中的氣泡則會留在裡面，逐漸膨脹
- 接著準備碳酸飲料，觀察打開蓋子前後的差異。確認打開前看不到氣泡
- （在安全的地方）稍微搖晃後再打開，也能確認噴出的氣勢會改變
水和糖漿的差異，就直接對應到夏威夷火山和日本火山的差異。就算產生了同樣多的氣泡，能不能跑出來，結果會完全不同。搖晃碳酸飲料再打開時，請在戶外或水槽上方進行。
總結
火山會噴發，是因為地底下被壓住而溶解的氣體，隨著上升、壓力下降而變成氣泡。這和打開碳酸飲料蓋子是同樣的原理。而決定激烈程度的不是溫度，而是氣泡能不能跑出來――也就是岩漿的黏稠度。
噴發的型態，在地底下就已經決定了。
所以每座山的防備方式都不一樣。
這時產生、卻沒能完全逸出就凝固下來的氣泡，就成了輕石。手掌大小的石頭為什麼會浮在水面上，在輕石明明是石頭，為什麼會浮在水面上？中有解說。此外，大型噴發推出的空氣波繞地球好幾圈的故事，整理在大型噴發的聲音，能傳多遠？裡。
想知道更多的人請看 ― 術語、數值、與教科書的連結從國中理科到研究中的話題，都明確標示了程度
- 國中國中理科課程範圍
- 高中高中「地球科學基礎」「化學基礎」課程範圍
- 高中＋高中「地球科學」「化學」，或教科書中屬於延伸、專欄性質的內容
- 大學高中不會教、大學專業科目（火山學）的內容
- 研究連大學都還不當作「定論」教授、研究者目前正在調查中的話題
國中術語：與火山有關的詞彙
- 岩漿（Magma）：地底下岩石熔化形成的物質。流出地表後則稱為熔岩，兩者名稱不同。
- 揮發性成分：溶解在岩漿中的水、二氧化碳等。也就是本文中的「氣體」。
- 黏性（黏稠度）：不易流動的程度。岩漿的黏性主要因二氧化矽的比例而大幅改變。
- 火碎流：高溫火山灰、岩石碎片與氣體結合、高速往下流動的現象。被認為是火山災害中最危險的一種。
- 噴發警戒等級：日本氣象廳針對每座火山發布的5階段指標。各等級對應著應採取的行動。
高中用公式驗證：地底5公里，相當於幾瓶碳酸飲料的壓力
本文提到「壓力下降就會變成氣泡」。那麼地底下究竟承受著多大的壓力呢？這是可以計算的。
壓力 ＝ 密度 × 重力 × 深度
| 壓力 | 單位是 Pa（帕斯卡） |
| 密度 | 上方岩石的重量。約 2700 kg/m³ |
| 重力 | 9.8 m/s² |
| 深度 | 單位是 m |
這和在游泳池底部耳朵會痛是同樣的道理。上方物體的重量，會直接轉換成壓力。地底下承載的不是水而是岩石，所以數量級會完全不同。
而且氣體能溶解在液體中的量，與壓力成正比（亨利定律）。壓力如果是1300倍，能溶解的量也是1300倍。①的答案，直接決定了岩漿裡能溶解多少氣體。
| 深度 | 5 km ＝ 5000 m |
| 代入計算 | 2700 × 9.8 × 5000 ＝ 132300000 Pa |
| 大氣壓 | 約 101300 Pa |
| 是大氣壓的幾倍 | 132300000 ÷ 101300 ≒ 1306 倍 |
地底5公里，大約是大氣壓的1300倍。碳酸飲料的寶特瓶內部大約是2〜3大氣壓。也就是說，岩漿承受著大約是它500倍的壓力。
正因如此，氣體才能維持溶解狀態。看不到氣泡，不是因為沒有氣體，而是因為被壓住了。
壓力下降時，氣體的體積會呈反比增加。壓力變成1300分之1，體積就會變成1300倍。
| 在地底變成氣泡的氣體 | 設為 0.1 公升 |
| 上升到地表後 | 0.1 × 1300 ＝ 130 公升 |
半杯份量的氣體，會膨脹到浴缸那麼多。而且在上升過程中，還會一路持續膨脹下去。
這正是本文提到「停不下來的循環」的內容。膨脹 → 變輕 → 上升更快 → 壓力更低 → 膨脹更多。過程中沒有任何理由會停下來。
※ 實際上溫度也會改變，溶解方式也不會單純呈比例變化。這裡的計算是為了掌握數量級。
本文提到「無法逃脫」。這也可以用數字驗證。
| 火碎流的速度 | 有時可達時速 100 公里 |
| 換算成每秒 | 100 ÷ 3.6 ≒ 28 m/s |
| 人類全力奔跑的速度 | 約 8 m/s（100公尺跑12.5秒） |
| 速度比 | 28 ÷ 8 ＝ 3.5 倍 |
它追來的速度是全力衝刺的3.5倍。就算在1公里外看到，抵達這裡也只需要 1000 ÷ 28 ≒ 36 秒。這段時間內能跑的距離大約是 8 × 36 ＝ 288 公尺。
「看到之後再逃」這個選項，在計算上並不存在。所以避難不是等「發生之後」，而是要在噴發警戒等級提升的那一刻就行動。是數字決定了行動的先後順序。
高中溶解量由壓力決定
氣體能溶解在液體中的量，與該氣體施加的壓力成正比。這稱為亨利定律。打開碳酸飲料蓋子會冒出氣泡，正是這個定律的展現。
| 岩漿中所含的水分 | 大約百分之幾（依種類而異） |
| 稀薄的岩漿（二氧化矽較少） | 約 45〜52%／熔岩流動型噴發 |
| 中間型的岩漿 | 約 52〜63%／日本常見 |
| 黏稠的岩漿（二氧化矽較多） | 約 63% 以上／爆發性噴發 |
| 黏稠度的差異 | 依種類不同，差距可達數量級（有時相差數萬倍） |
※ 分類數值僅為代表性參考值。黏性也會因溫度與含水量而改變。
有趣的是，含水量多時岩漿會變得稀薄。但一旦上升、水分逸出，黏稠度會突然增加。氣體逸出到一半的岩漿，反而容易堵塞。
高中＋為什麼二氧化矽多就會黏稠
岩漿中，矽與氧結合而成的四面體是基本單位。二氧化矽比例高時，這些四面體會透過共用氧原子相互連結，形成長長的網狀結構。
網狀結構越發達，流動時就必須切斷更多鍵結，阻力也越大。這就是「黏稠」的真面目。加入水分會切斷這個網狀結構，因此黏性會下降。
而噴發過程中決定性的瞬間，就是破碎。當氣泡體積比例達到大約7〜8成時，氣泡與氣泡之間的薄膜就無法維持，原本連續的液體，會切換成碎片飛散的氣體流。這個切換發生的瞬間，噴發就會變成爆發性的。
大學火碎流為什麼會那麼快
火碎流的本體，是高溫顆粒與氣體的混合物。顆粒之間並非直接碰撞，而是中間的高溫氣體讓顆粒呈現漂浮狀態流動。摩擦力因此變得極小，高密度的流體幾乎不受阻力地沿著斜坡往下流動。
因此它不只會填滿山谷，還可能因為氣勢而越過山脊。「只要遠離山谷就安全」這種說法並不成立。到達範圍的預測，會使用結合噴發量與地形的數值計算，但仍存在不確定性。
此外，關於岩漿庫的樣貌，理解也已經更新。過去的印象是「地底下有一個充滿液態岩漿的房間」，但現在較有力的看法是它以含有大量結晶、類似粥狀的狀態長期存在，在噴發前夕因溫度或壓力變化而急速流動化。
研究預測，目前仍不夠成熟
- 「何時、規模多大」目前還無法準確預測。火山性地震、山體膨脹、氣體成分變化等前兆是可以觀測到的。但有前兆卻不噴發的情況也存在，規模的預測更加困難。目前的現況是能監測，但無法預知。
- 水蒸氣噴發，仍然特別難以預測。這種噴發不是岩漿本身上升，而是地下水受熱而引起的類型，前兆很小，有時直到最後一刻都不會出現變化。2014年御嶽山的噴發，就是顯示這種困難的事件。它發生在登山客眾多的時段，造成許多犧牲者。此後，觀測強化與登山者資訊傳遞的改善持續在推進。
- 巨大破火山口噴發的預測，更加不確定。雖然非常罕見，但一旦發生，影響範圍會非常廣。雖有研究根據過去的噴發物推估頻率，但目前還無法說出下一次會在何時發生。
- 岩漿庫的實際狀態，也是難以觀測的對象。目前是根據地震波與地殼變動來推估，但對於位在地下數公里到十幾公里、「粥狀」的狀態，並沒有直接觀測的手段，模型仍存在不確定的範圍。
既然無法預測，做好準備，並在警戒資訊發布時遵從指示，至今仍是最可靠的對策。
與教科書的連結（依程度分類）
| 程度 | 科目・單元 | 對應本文內容 |
|---|---|---|
| 國中 | 理科・火山與火成岩／氣體的溶解 | 岩漿的黏稠度與噴發型態、與碳酸飲料的對比 |
| 高中 | 化學基礎・氣體的溶解度（亨利定律） | 壓力下降導致無法繼續溶解 |
| 高中 | 地球科學基礎・火成岩與火山活動 | 二氧化矽比例與噴發樣式 |
| 高中＋ | 地球科學・岩漿物性／化學・矽酸鹽 | 網狀結構與黏性、破碎發生的條件 |
| 大學 | 火山學・地球物理學 | 火碎流的流動、岩漿庫的樣貌 |
| 研究 | 火山學（未解決） | 噴發預測、水蒸氣噴發、破火山口噴發 |
| ― | 防災教育 | 噴發警戒等級、避難壕、降灰的因應 |
- 日本氣象廳（気象庁）關於噴發警戒等級及火山活動的解說、活火山監測相關資料。
- Sparks, R. S. J. et al., Volcanic Plumes 及相關火山學教科書（發泡、破碎、噴煙的物理）。
- Cashman, K. V., Sparks, R. S. J. & Blundy, J. D., Vertically extensive and unstable magmatic systems, Science 355, 2017（岩漿庫樣貌的更新）。
- 日本內閣府（内閣府）及各地方政府關於火山災害警戒地區的避難計畫與登山者相關資訊。
- 日本火山學會（日本火山学会）關於火山灰因應方式的資訊。
※ 溫度、速度、成分的數值，會因火山與噴發而有很大差異。本文列出的是一般常被引用的參考值。
※本文為一般大眾取向的科學解說。有關火山的行動判斷，請遵從日本氣象廳發布的噴發警戒等級，以及地方政府、消防、警察的指示。登山時請確認最新的火山資訊，並提交登山計畫書。文中所列數值僅為理解原理的參考值。