海上漂来一座岛，竟是一堆石头浮在水上？

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　　撰文 | Mirror
　　石头入水即沉是常识，但下面要介绍的这种石头并非＂常石＂。
　　浮石 | 图源：Wikipedia
　　它叫做 浮石 （pumice） ，名字已经点明了它的与众不同之处。
　　图源：gfycat
　　看到浮石的样子，你就能立马明白它为什么会浮在水上。它看起来就像石化的海绵宝宝。
　　浮石中的 孔洞占总体积的64%到85% ，也就是说它内部充满空气，主要由二氧化硅组成的矿物只占了一小部分。
　　一卷纸币就能支撑住浮石 | 图源：Wikipedia
　　石头界的海绵宝宝是怎么形成的呢？
　　因为它经常出现在海上或海边，古人曾以为它是海上的浮沫固结而成。但它的生母并非柔情的水，而是暴躁的火山。
　　图源：Wikimedia Commons
　　火山喷发后，大量炽热的岩浆涌入冰冷的海水，迅速冷却，内部压力骤降，气体溶解度降低。 正同刚打开的可乐瓶会释放大量二氧化碳，原本溶解在岩浆中的气体纷纷逃逸形成气泡。由于岩浆在瞬间凝固，二氧化碳等气体才冒了下泡就被定格在其中，形成大量孔洞。因此浮石也是一种火山玻璃 。
　　这些火山有的来自岸上，有的则隐于海底。通常来说，岸上的火山喷发产生的浮石比较小，大不过高尔夫球。而海底火山直接将岩浆喷到海里，产生的浮石一般有苹果大小。它们分布在火山附近数千米的范围内。大量浮石聚在一起有时会形成一座浮岛，被称为＂ 浮石筏 ＂（pumice raft） 。
　　卫星拍摄到汤加群岛附近的浮石筏 | 图源：NASA
　　2019年，汤加群岛附近的热带海域出现了一座150平方千米的＂浮岛＂，它由海底火山喷发形成。
　　浮石筏上的大量浮石 | 图源：ayman masry
　　浮石筏上布满了大大小小、密密麻麻的浮石，散发着硫磺气味，一路向着澳大利亚移动。科学家认为它将为衰落中的大堡礁带来新的生机。
　　浮石会在海上长途旅行。1979年，汤加附近海底火山喷发形成的巨大浮石筏就 一路漂到了数百千米外的斐济 。喀拉喀托火山爆发形成的浮石则在印度洋上漂荡了20年 。这些漂浮不定的石头有时会威胁到过往船只。
　　不过，浮石也不会一直流浪下去，它们 最终还是会沉入海底或被送上岸 。
　　图源：Wikimedia Commons
　　这是因为浮石的气孔结构并非完全密封，而是部分与外界连通的。随着气体逐渐损耗，水流入侵，浮石终将结束漂浮生涯。
　　但令科学家感到不解的是，即使是一块海绵完全浸湿了也会沉，而海上波涛汹涌，浮石为什么能浮数年之久？
　　伯克利实验室的科学家用同步加速器发射X射线扫描浮石，并进行3D建模，这才看透了其中的奥秘。
　　3个浮石样本中的大气泡（上）和所有气泡（下）| 图源：Fauria, K. E., Manga, M., & Wei, Z. (2017)
　　他们发现，浮石的沉浮背后是与水的博弈。浮石中密布着许多头发直径宽的微小孔隙，周围的水在 毛细管作用 下沿孔隙渗入，并包围在孔洞中无处可逃的气体，形成气泡。由于水的表面张力 ，这些气泡难以移动，被困在石头中。
　　水（蓝色）进入浮石孔洞后包围气体（白色）形成气泡 | 图源：Fauria, K. E., Manga, M., & Wei, Z. (2017)
　　然而，随着液体渗流，这些气体还是会渐渐扩散出去，终归要石沉大海。科学家用渗流理论 （percolation theory） 描述了这一过程，以此预测浮石的＂浮生＂有多长。
　　研究者在实验室中还发现了一个有趣的现象： 有的浮石白天漂浮，夜里下沉 。
　　难不成这家伙还要睡觉？
　　这些石头可不是因为漂累了夜里想休息，而是因为＂凉了＂。 白天气温高，浮石中的气泡膨胀，产生更大的浮力；反过来，夜里温度降低，气泡变小，水流渗入，有的浮石就撑不住了。
　　加热后的浮石（最右侧2个）气泡（白色）减少，渗水（蓝色）增加 | 图源：Fauria, K. E., Manga, M., & Wei, Z. (2017)
　　研究者直接用高温加热浮石后，这些浮石就完全浮不起来了。X射线扫描结果显示，其中的气泡都小了许多，被水流所侵占。
　　浮石不仅物理性质特殊，它还 蕴藏着地质、生物演化的历史 。来自水下火山的浮石让沉睡海底的秘密浮出水面。浮石的多孔结构富集了很多营养物质，为藻类、珊瑚虫等动植物创造了生存条件，这些生物跟着浮石流浪，被带到了世界各地，在新的家园扎根。
　　除了研究价值，浮石也被 应用于人类生活的各个领域 。
　　浮石多孔的特性适合用来磨东西。最常见的就是 搓脚石 ，用来磨去脚底厚厚的角质层。
　　浮石磨成粉后也可以作为皮肤的 去角质剂 。几千年前的古人没有现在这样丰富的洗护用品，他们还会用浮石去除毛发、老茧，以及磨指甲。古罗马人还会在牙膏中加入浮石粉，作为抛光剂 ，磨掉牙菌斑，但磨过头了也很伤牙。
　　浮石用在人身上狠了点，但是作为强力清洁剂还是不错的，可以轻松磨掉水垢和铁锈。服装制造业也会用浮石来洗牛仔裤，制造出流行的做旧感。
　　轻飘飘的浮石不适合直接用作建筑材料，不过磨成粉后可以 添加在混凝土中作为胶凝材料 ，提高混凝土的耐久性。
　　在园艺界，浮石则被用来装饰盆景。将它混在土壤，还可以 增强土壤的排水透气性 ，让植物生长得更好。
　　看似＂轻浮＂又其貌不扬的浮石，这不比多少＂花瓶＂石头实在得多？
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　　封面图来源：NASA
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