海上漂來一座島，竟是一堆石頭浮在水上？

撰文 | Mirror

石頭入水即沉是常識，但下面要介紹的這種石頭并非“常石”。

浮石 | 圖源：Wikipedia

它叫做浮石（pumice），名字已經(jīng)點(diǎn)明了它的與眾不同之處。

圖源：gfycat

看到浮石的樣子，你就能立馬明白它為什么會浮在水上。它看起來就像石化的海綿寶寶。

浮石中的孔洞占總體積的64%到85%，也就是說它內(nèi)部充滿空氣，主要由二氧化硅組成的礦物只占了一小部分。

一卷紙幣就能支撐住浮石 | 圖源：Wikipedia

石頭界的海綿寶寶是怎么形成的呢？ 因?yàn)樗?jīng)常出現(xiàn)在海上或海邊，古人曾以為它是海上的浮沫固結(jié)而成。但它的生母并非柔情的水，而是暴躁的火山。

圖源：Wikimedia Commons

火山噴發(fā)后，大量熾熱的巖漿涌入冰冷的海水，迅速冷卻，內(nèi)部壓力驟降，氣體溶解度降低。正同剛打開的可樂瓶會釋放大量二氧化碳，原本溶解在巖漿中的氣體紛紛逃逸形成氣泡。由于巖漿在瞬間凝固，二氧化碳等氣體才冒了下泡就被定格在其中，形成大量孔洞。因此浮石也是一種火山玻璃。 這些火山有的來自岸上，有的則隱于海底。通常來說，岸上的火山噴發(fā)產(chǎn)生的浮石比較小，大不過高爾夫球。而海底火山直接將巖漿噴到海里，產(chǎn)生的浮石一般有蘋果大小。它們分布在火山附近數(shù)千米的范圍內(nèi)。大量浮石聚在一起有時會形成一座浮島，被稱為“浮石筏”（pumice raft）。

衛(wèi)星拍攝到湯加群島附近的浮石筏 | 圖源：NASA

2019年，湯加群島附近的熱帶海域出現(xiàn)了一座150平方千米的“浮島”，它由海底火山噴發(fā)形成。

浮石筏上的大量浮石 | 圖源：ayman masry

浮石筏上布滿了大大小小、密密麻麻的浮石，散發(fā)著硫磺氣味，一路向著澳大利亞移動?？茖W(xué)家認(rèn)為它將為衰落中的大堡礁帶來新的生機(jī)。 浮石會在海上長途旅行。1979年，湯加附近海底火山噴發(fā)形成的巨大浮石筏就一路漂到了數(shù)百千米外的斐濟(jì)?？ν谢鹕奖l(fā)形成的浮石則在印度洋上漂蕩了20年。這些漂浮不定的石頭有時會威脅到過往船只。 不過，浮石也不會一直流浪下去，它們最終還是會沉入海底或被送上岸。

圖源：Wikimedia Commons

這是因?yàn)楦∈臍饪捉Y(jié)構(gòu)并非完全密封，而是部分與外界連通的。隨著氣體逐漸損耗，水流入侵，浮石終將結(jié)束漂浮生涯。 但令科學(xué)家感到不解的是，即使是一塊海綿完全浸濕了也會沉，而海上波濤洶涌，浮石為什么能浮數(shù)年之久？ 伯克利實(shí)驗(yàn)室的科學(xué)家用同步加速器發(fā)射X射線掃描浮石，并進(jìn)行3D建模，這才看透了其中的奧秘。

3個浮石樣本中的大氣泡（上）和所有氣泡（下）| 圖源：Fauria, K. E., Manga, M., & Wei, Z. (2017)

他們發(fā)現(xiàn)，浮石的沉浮背后是與水的博弈。浮石中密布著許多頭發(fā)直徑寬的微小孔隙，周圍的水在毛細(xì)管作用下沿孔隙滲入，并包圍在孔洞中無處可逃的氣體，形成氣泡。由于水的表面張力，這些氣泡難以移動，被困在石頭中。

水（藍(lán)色）進(jìn)入浮石孔洞后包圍氣體（白色）形成氣泡 | 圖源：Fauria, K. E., Manga, M., & Wei, Z. (2017)

然而，隨著液體滲流，這些氣體還是會漸漸擴(kuò)散出去，終歸要石沉大海?？茖W(xué)家用滲流理論（percolation theory）描述了這一過程，以此預(yù)測浮石的“浮生”有多長。 研究者在實(shí)驗(yàn)室中還發(fā)現(xiàn)了一個有趣的現(xiàn)象：有的浮石白天漂浮，夜里下沉。 難不成這家伙還要睡覺？
這些石頭可不是因?yàn)槠哿艘估锵胄菹ⅲ且驗(yàn)椤皼隽恕?。白天氣溫高，浮石中的氣泡膨脹，產(chǎn)生更大的浮力；反過來，夜里溫度降低，氣泡變小，水流滲入，有的浮石就撐不住了。

加熱后的浮石（最右側(cè)2個）氣泡（白色）減少，滲水（藍(lán)色）增加 | 圖源：Fauria, K. E., Manga, M., & Wei, Z. (2017)

研究者直接用高溫加熱浮石后，這些浮石就完全浮不起來了。X射線掃描結(jié)果顯示，其中的氣泡都小了許多，被水流所侵占。 浮石不僅物理性質(zhì)特殊，它還蘊(yùn)藏著地質(zhì)、生物演化的歷史。來自水下火山的浮石讓沉睡海底的秘密浮出水面。浮石的多孔結(jié)構(gòu)富集了很多營養(yǎng)物質(zhì)，為藻類、珊瑚蟲等動植物創(chuàng)造了生存條件，這些生物跟著浮石流浪，被帶到了世界各地，在新的家園扎根。 除了研究價值，浮石也被應(yīng)用于人類生活的各個領(lǐng)域。 浮石多孔的特性適合用來磨東西。最常見的就是搓腳石，用來磨去腳底厚厚的角質(zhì)層。

浮石磨成粉后也可以作為皮膚的去角質(zhì)劑。幾千年前的古人沒有現(xiàn)在這樣豐富的洗護(hù)用品，他們還會用浮石去除毛發(fā)、老繭，以及磨指甲。古羅馬人還會在牙膏中加入浮石粉，作為拋光劑，磨掉牙菌斑，但磨過頭了也很傷牙。 浮石用在人身上狠了點(diǎn)，但是作為強(qiáng)力清潔劑還是不錯的，可以輕松磨掉水垢和鐵銹。服裝制造業(yè)也會用浮石來洗牛仔褲，制造出流行的做舊感。 輕飄飄的浮石不適合直接用作建筑材料，不過磨成粉后可以添加在混凝土中作為膠凝材料，提高混凝土的耐久性。 在園藝界，浮石則被用來裝飾盆景。將它混在土壤，還可以增強(qiáng)土壤的排水透氣性，讓植物生長得更好。

看似“輕浮”又其貌不揚(yáng)的浮石，這不比多少“花瓶”石頭實(shí)在得多？

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