你记得海尔兄弟中的浮石吗？科学家利用X射线解开浮岩漂浮的谜题

首先科普一下什么是浮岩？浮岩也叫浮石，可能很多人在地球的某地见过这些岩石。为了简单而又形象地理解浮石，借用我们童年爱看的科普动画片《海尔兄弟》中的一幕。在动画片中，海尔兄弟想到利用浮石脱离滚烫的岩浆。

通过这个动画片我们可以看到浮石可以漂浮在水面上，这是真的，有些岩石可以在水中漂浮很多年。浮石能够漂浮的问题已经存在很长时间了，一直没有被科学家解决。直到现在。现在科学家们知道它们是如何做到的，以及它们最终会下沉的原因。

当然，浮石的颜色也不都是黑色等暗色的，也有浅色的。X射线研究已经帮助科学家们通过扫描轻质、玻璃和多孔的火山岩样品来解决这个谜团。X射线实验是在实验室的高级光源上进行的，这是一种叫做同步加速器的X射线源。

这些岩石具有令人惊讶的长时间浮力，它们可以被称为“浮石筏”在大海上漂流数千公里，而这可以帮助科学家发现水下火山爆发。除此之外，了解它的浮力可以帮助我们了解它如何在这个星球上传播生物物种——浮石是营养丰富的，很容易成为植物体和其他生物的航海载体。漂浮的浮石也会对船只构成威胁，因为会堵塞发动机。

尽管科学家们已经知道浮石可以漂浮，因为孔隙中有一些气体，但是这些气体长时间被困在浮石中的原理是不为人知的。如果你在海绵中吸收足够的水，它就会下沉。而为什么浮石不呢？

最初人们认为浮石的孔隙基本上是密封的，就像一个漂浮在海里的有塞子的漂流瓶。但是浮石的气孔实际上很大程度上是开放的和连通的，更像一个没有瓶塞的瓶子，它仍然飘浮着，到底是为什么?

一些浮石在实验室里被观察到在“水上摇摆”，晚上下沉，白天会浮出水面。

为了了解这些岩石漂浮的工作原理，研究小组从火山中取浮石样品。然后，他们用x射线成像技术和微断层扫描的技术研究浮石中水和气体的浓度——测量的精度异常高。这项技术产生的详细的三维图像，由于数据量非常大，快速识别浮石样品的气孔中的气体和水的浓度成了挑战。为了解决这个问题，科学家使用了一种数据分析软件工具，该工具将图像中的气体和水成分自动识别。

研究人员发现，在浮石中起作用的气体被浮石捕获的过程与“表面张力”有关。举个例子，一些昆虫能够在水面漂浮就是靠的水的表面张力。控制这种漂浮的过程发生在人类毛发大小的气孔上。浮石中很多气孔真的很小，就像细吸管缠绕在一起。总体表面张力占主导地位。

科学家还发现，利用渗流理论的数学公式有助于理解液体是如何进入多孔材料的，这对研究浮石的气体捕获过程有很大的帮助。而气体扩散理论可以描述气体分子如何寻找浮石中气体低浓度的区域，解释了这些气体的最终消失，导致这些浮石下沉。

有两种不同的过程:一个让浮石浮动,一个使它下沉,X射线研究有助于首次量化这些过程。

水只填满了一些孔隙空间。水与浮石中包围和捕获的气体形成气泡，使浮石漂浮。表面张力的作用是将这些气泡长时间锁在里面。在实验室实验中观察到的浮石上下摇摆现象是由于在高温天气中被困的气体膨胀而引起的，从而导致本来沉入水中的浮石暂时漂浮，直到温度下降。

研究引发了更多关于浮石的问题，如浮石是如何从海底火山喷射出来的，海底火山喷发不像陆地上的火山爆发那样容易追踪，而一架商用飞机上的乘客发现的浮冰，帮助研究人员找到了2012年发生的重大水下火山喷发的源头，并激发了研究的积极性。从海底火山喷发出来的浮石在大小上有很大的差异，但通常是一个苹果的大小，而陆地上火山的浮石往往比高尔夫球还小。

科学家正试图了解巨大的浮石是如何形成的，例如海尔兄弟中的巨大浮石现实世界也有。了解大型浮石的形成有助于了解海底火山喷发是如何工作的等等一些列地球科学的问题。

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