你記得海爾兄弟中的浮石嗎？科學家利用X射線解開浮岩漂浮的謎題

首先科普一下什麼是浮岩？浮岩也叫浮石，可能很多人在地球的某地見過這些岩石。為了簡單而又形象地理解浮石，借用我們童年愛看的科普動畫片《海爾兄弟》中的一幕。在動畫片中，海爾兄弟想到利用浮石脫離滾燙的岩漿。

通過這個動畫片我們可以看到浮石可以漂浮在水面上，這是真的，有些岩石可以在水中漂浮很多年。浮石能夠漂浮的問題已經存在很長時間了，一直沒有被科學家解決。直到現在。現在科學家們知道它們是如何做到的，以及它們最終會下沉的原因。

當然，浮石的顏色也不都是黑色等暗色的，也有淺色的。X射線研究已經幫助科學家們通過掃描輕質、玻璃和多孔的火山岩樣品來解決這個謎團。X射線實驗是在實驗室的高級光源上進行的，這是一種叫做同步加速器的X射線源。

這些岩石具有令人驚訝的長時間浮力，它們可以被稱為「浮石筏」在大海上漂流數千公里，而這可以幫助科學家發現水下火山爆發。除此之外，了解它的浮力可以幫助我們了解它如何在這個星球上傳播生物物種——浮石是營養豐富的，很容易成為植物體和其他生物的航海載體。漂浮的浮石也會對船隻構成威脅，因為會堵塞發動機。

儘管科學家們已經知道浮石可以漂浮，因為孔隙中有一些氣體，但是這些氣體長時間被困在浮石中的原理是不為人知的。如果你在海綿中吸收足夠的水，它就會下沉。而為什麼浮石不呢？

最初人們認為浮石的孔隙基本上是密封的，就像一個漂浮在海里的有塞子的漂流瓶。但是浮石的氣孔實際上很大程度上是開放的和連通的，更像一個沒有瓶塞的瓶子，它仍然飄浮著，到底是為什麼?

一些浮石在實驗室里被觀察到在「水上搖擺」，晚上下沉，白天會浮出水面。

為了了解這些岩石漂浮的工作原理，研究小組從火山中取浮石樣品。然後，他們用x射線成像技術和微斷層掃描的技術研究浮石中水和氣體的濃度——測量的精度異常高。這項技術產生的詳細的三維圖像，由於數據量非常大，快速識別浮石樣品的氣孔中的氣體和水的濃度成了挑戰。為了解決這個問題，科學家使用了一種數據分析軟體工具，該工具將圖像中的氣體和水成分自動識別。

研究人員發現，在浮石中起作用的氣體被浮石捕獲的過程與「表面張力」有關。舉個例子，一些昆蟲能夠在水面漂浮就是靠的水的表面張力。控制這種漂浮的過程發生在人類毛髮大小的氣孔上。浮石中很多氣孔真的很小，就像細吸管纏繞在一起。總體表面張力佔主導地位。

科學家還發現，利用滲流理論的數學公式有助於理解液體是如何進入多孔材料的，這對研究浮石的氣體捕獲過程有很大的幫助。而氣體擴散理論可以描述氣體分子如何尋找浮石中氣體低濃度的區域，解釋了這些氣體的最終消失，導致這些浮石下沉。

有兩種不同的過程:一個讓浮石浮動,一個使它下沉,X射線研究有助於首次量化這些過程。

水只填滿了一些孔隙空間。水與浮石中包圍和捕獲的氣體形成氣泡，使浮石漂浮。表面張力的作用是將這些氣泡長時間鎖在裡面。在實驗室實驗中觀察到的浮石上下搖擺現象是由於在高溫天氣中被困的氣體膨脹而引起的，從而導致本來沉入水中的浮石暫時漂浮，直到溫度下降。

研究引發了更多關於浮石的問題，如浮石是如何從海底火山噴射出來的， 海底火山噴發不像陸地上的火山爆發那樣容易追蹤，而一架商用飛機上的乘客發現的浮冰，幫助研究人員找到了2012年發生的重大水下火山噴發的源頭，並激發了研究的積極性。從海底火山噴發出來的浮石在大小上有很大的差異，但通常是一個蘋果的大小，而陸地上火山的浮石往往比高爾夫球還小。

科學家正試圖了解巨大的浮石是如何形成的，例如海爾兄弟中的巨大浮石現實世界也有。了解大型浮石的形成有助於了解海底火山噴發是如何工作的等等一些列地球科學的問題。

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