漂浮的“石頭島”

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(yuǎn)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(xué)家抵達(dá)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(jìn)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(shí)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(gòu)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(xué)家認(rèn)為，這是因?yàn)槠鋬?nèi)部的大量細(xì)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(xué)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(xué)家終于找到了浮石漂浮的真正原因?？茖W(xué)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(gòu)進(jìn)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?yàn)檫@就好像把一個沒有密封的玻璃飲料瓶丟進(jìn)大海，而它居然還能一直浮在海面上。

更奇怪的是，實(shí)驗(yàn)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(yù)先加熱，另一組保持室溫。然后，科學(xué)家再次用同步加速器對這些浮石進(jìn)行內(nèi)部結(jié)構(gòu)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(xì)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(jìn)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(shí)驗(yàn)室里的浮石夜晚下沉，白天浮起？這是因?yàn)楦∈瘍?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）