科学家用x射线解开浮石之谜

科学家们已经使用x射线来解决一些岩石如何一次漂浮在水面上多年的谜团。美国劳伦斯伯克利国家实验室 (Berkeley Lab) 的一个小组扫描了被称为浮石的轻质，玻璃状和多孔火山岩的样本。

这些岩石令人惊讶的长寿浮力-可以在海洋上形成被称为浮石筏的碎片斑块，可以行驶数千英里-可以帮助科学家发现水下火山爆发。尽管科学家已经知道浮石会因为其孔隙中的气体而漂浮，但尚不清楚这些气体如何长时间滞留在浮石中。

研究人员发现，浮石中正在起作用的气体捕集过程是由于表面张力，水的表面与上面的空气之间的化学相互作用就像薄薄的皮肤。这使得一些生物，包括昆虫和蜥蜴，可以在水上行走。

美国加州大学伯克利分校 (UC) 的研究生克里斯汀·E·福里亚 (Kristen E Fauria) 说: “浮石问题已经存在于文献中很长一段时间了，而且还没有解决。”

“最初认为浮石的孔隙度基本上是密封的，” 就像漂浮在海中的软木塞瓶一样，领导这项研究的Fauria说，他发表在《地球与行星科学快报》上。然而，浮石的毛孔实际上在很大程度上是开放和连接的-更像是一个未开瓶器。

为了了解这些岩石的作用，研究小组使用蜡覆盖了一些暴露于水的浮石。然后，他们使用一种称为显微断层扫描的x射线成像技术来研究预热和室温浮石样品中水和气体的浓度 (以微米或千分之一毫米为单位)。

研究人员发现，浮石中的气体捕集过程与表面张力有关。“控制这种漂浮的过程发生在人类头发的尺度上，” Fauria说。

“许多毛孔非常非常小，就像细吸管都缠绕在一起。所以表面张力真的占主导地位，”Fauria说。研究小组还发现，一种称为渗流理论的数学公式有助于理解液体如何进入多孔材料，为浮石中的气体捕集过程提供了很好的选择。

气体扩散-描述了气体分子如何寻找浓度较低的区域-解释了导致石头下沉的这些气体的最终损失。加州大学伯克利分校 (UC Berkeley) 教授迈克尔·曼加 (Michael Manga) 表示: “有两种不同的过程: 一种是让浮石漂浮，另一种是让浮石下沉。”