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        漂浮的“石頭島”

        2020-06-08 00:10:17
        文萃報·周五版 2020年22期

        2012年8月1日,一名新西蘭飛行員在距離新西蘭海岸線800千米遠的南太平洋海域發(fā)現(xiàn)一座面積巨大的島嶼。奇怪的是,就在發(fā)現(xiàn)該島的前一天,同一片海域還什么都沒有。不僅如此,這座島嶼還在緩慢移動。

        科學家抵達現(xiàn)場后發(fā)現(xiàn),這并不是一座島嶼,而是漂浮在水面上的巨大的淺色浮石群,也被稱為“浮石筏”。進一步研究表明這個浮石筏只是一個超大浮石筏的一部分,這個超大浮石筏覆蓋的海洋面積超過1.6萬平方千米,比加勒比海島國牙買加的國土總面積還大。實時衛(wèi)星照片顯示浮石筏產(chǎn)生的原因是湯加附近一座海底火山噴發(fā)。

        浮石是一種具有多孔結(jié)構的巖石。浮石內(nèi)部充滿孔洞,整體密度很低,因此浮石可以浮于海面上。浮石來自海底火山噴發(fā)。海底火山口汩汩噴涌而岀的熔巖將周圍海水迅速加熱至沸騰,并產(chǎn)生大量氣泡。熔巖在冷卻凝固過程中困住這些氣泡,就形成多孔的浮石。一些內(nèi)部氣泡較多的浮石會在浮力作用下上升到海面。在很長一段時間里,浮石會一直隨著洋流漂流。

        浮石為什么能夠漂浮在海面上?科學家認為,這是因為其內(nèi)部的大量細微孔洞中充滿空氣,所以水無法滲入。但很長一段時間里,科學家并不清楚浮石的孔洞是如何長期困住空氣的。2017年,美國科學家終于找到了浮石漂浮的真正原因。科學家使用“同步加速器”(一種環(huán)形加速器,可用于成像)對幾塊浮石樣本的內(nèi)部結(jié)構進行成像。成像結(jié)果顯示,浮石內(nèi)部的孔洞大部分是開放的,而且孔洞之間彼此相連。這個發(fā)現(xiàn)非常不可思議,因為這就好像把一個沒有密封的玻璃飲料瓶丟進大海,而它居然還能一直浮在海面上。

        更奇怪的是,實驗室中的一些浮石明明晚上已沉入水底,可白天卻又浮上水面。這是為什么呢?為了弄清浮石內(nèi)部到底發(fā)生了什么,研究人員用蠟涂抹一些泡過水的浮石的部分表面,并將這些浮石分成兩組:一組預先加熱,另一組保持室溫。然后,科學家再次用同步加速器對這些浮石進行內(nèi)部結(jié)構成像。

        結(jié)果顯示,浮石能長期將空氣鎖在孔洞中靠的是極細微的表面張力。表面張力是一種能讓液體表面維持一定形狀的作用力,常見于液體和氣體交界的表面層。表面張力可以讓液體表面收縮,并在很長一段時間里維持表面的形狀。浮石和水接觸后,水只能進入浮石中的一些孔洞。在一些直徑和頭發(fā)絲直徑差不多的微小孔洞中,空氣和水的交界表面形狀主要受表面張力影響。這些小孔中的液體表面不容易變形,因此可以很好地困住孔洞中的空氣。

        那么,為什么實驗室里的浮石夜晚下沉,白天浮起?這是因為浮石內(nèi)部空氣在白天溫度高體積膨脹,浮力增大,而在夜晚溫度低時體積收縮,浮力減小。

        (摘自《天下奇聞》 2020年5月刊)

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