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科学探索：纳米晶促使火山喷发
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科学探索：纳米晶促使火山喷发
图片来源：Pixabay
有些火山被认为是温和、能稳定释放岩浆的，但是有时它们也会在没有任何预兆的情况下突然出现极具破坏性的喷发。比如，1886年新西兰塔拉威拉火山的喷发事件就造成了大面积的破坏与伤亡。德国拜罗伊特大学的地球科学家丹尼洛·迪热诺瓦（Danilo Di Genova）提到，地质学家也一直想弄清楚，火山为什么会出现这种危险的突发性改变。
迪热诺瓦和同事在《科学·进展》（Science Advances）杂志中提出一个观点，认为这种灾难性的转变或许源于一种被称为纳米晶（nanolite）的晶体颗粒。这类纳米晶在岩浆上涌的过程中形成，体积大约只有一个普通细菌的百分之一。研究人员表示，这些颗粒使岩浆变得更为粘稠，阻碍了火山气体从熔岩中逃逸出来，进而导致火山内部气压不断累积增加，成为导致火山猛烈喷发的基础。
图片来源：Pixabay
利用电子显微镜和光谱成像仪，科学家在意大利的埃特纳火山和印度尼西亚的坦博拉火山等活火山的火山灰中发现了纳米晶。
随后，该团队试图研究在一种较易流动的熔浆（这种熔浆冷却后会变成玄武岩）中纳米晶是如何形成的。这类低粘度岩浆通常允许气体轻易逃逸，从而保证岩浆流动平缓顺畅。研究人员在实验室中熔化玄武岩然后立马将其冷却，以此获得纳米晶。迪热诺瓦解释道，这个冷却的过程至关重要：在火山喷发过程中，岩浆会随着冲向顶部端口的过程逐渐降温。研究发现，只有当温度损失率在某个范围时才会形成纳米晶。
图片来源：Pixabay
迪热诺瓦说：“岩浆是一套成分复杂的系统，主要由硅和氧组成，其他成分还包括铝、钙、铁等，其中，铁似乎是纳米晶形成过程中最重要的元素。”他还补充道，大多数纳米晶是含少量铝的氧化铁晶体。因为所有岩浆中都能找到铁，因此纳米晶可以在多种岩浆类型中形成。
研究人员还制作了一种人工岩浆，以此展示纳米晶产生的粘性。他们向水溶性硅油（在室温下其黏性与火山喷发时玄武岩岩浆的黏性相当）中加入玻璃球来模拟纳米晶的形状和大小。该团队发现，即使在浓度较低的情况下，流体自由喷发也容易使纳米颗粒聚集成群。在真正的火山中，岩浆黏性会突然增加，从而封堵住那些试图逃逸的气泡。当积累到足够的压强时，一团又一团的岩浆又会一次性全部喷出（不再像之前一样以持续而缓慢地排出），导致火山喷发。
加拿大哥伦布大学的地质学家埃纳特·列夫（Einat Lev，并未参与这项研究）表示：“这项研究非常令人激动，解决了我们长期以来一直面临的一个问题。研究如何将这些知识融合到未来的火山模型中，是非常重要，也极具挑战的一件事。”
撰文：哈里尼·巴拉特（Harini Barath）
翻译：赵欢
文章来源：环球科学
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图片来源：Pixabay
有些火山被认为是温和、能稳定释放岩浆的，但是有时它们也会在没有任何预兆的情况下突然出现极具破坏性的喷发。比如，1886年新西兰塔拉威拉火山的喷发事件就造成了大面积的破坏与伤亡。德国拜罗伊特大学的地球科学家丹尼洛·迪热诺瓦（Danilo Di Genova）提到，地质学家也一直想弄清楚，火山为什么会出现这种危险的突发性改变。
迪热诺瓦和同事在《科学·进展》（Science Advances）杂志中提出一个观点，认为这种灾难性的转变或许源于一种被称为纳米晶（nanolite）的晶体颗粒。这类纳米晶在岩浆上涌的过程中形成，体积大约只有一个普通细菌的百分之一。研究人员表示，这些颗粒使岩浆变得更为粘稠，阻碍了火山气体从熔岩中逃逸出来，进而导致火山内部气压不断累积增加，成为导致火山猛烈喷发的基础。
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利用电子显微镜和光谱成像仪，科学家在意大利的埃特纳火山和印度尼西亚的坦博拉火山等活火山的火山灰中发现了纳米晶。
随后，该团队试图研究在一种较易流动的熔浆（这种熔浆冷却后会变成玄武岩）中纳米晶是如何形成的。这类低粘度岩浆通常允许气体轻易逃逸，从而保证岩浆流动平缓顺畅。研究人员在实验室中熔化玄武岩然后立马将其冷却，以此获得纳米晶。迪热诺瓦解释道，这个冷却的过程至关重要：在火山喷发过程中，岩浆会随着冲向顶部端口的过程逐渐降温。研究发现，只有当温度损失率在某个范围时才会形成纳米晶。
图片来源：Pixabay
迪热诺瓦说：“岩浆是一套成分复杂的系统，主要由硅和氧组成，其他成分还包括铝、钙、铁等，其中，铁似乎是纳米晶形成过程中最重要的元素。”他还补充道，大多数纳米晶是含少量铝的氧化铁晶体。因为所有岩浆中都能找到铁，因此纳米晶可以在多种岩浆类型中形成。
研究人员还制作了一种人工岩浆，以此展示纳米晶产生的粘性。他们向水溶性硅油（在室温下其黏性与火山喷发时玄武岩岩浆的黏性相当）中加入玻璃球来模拟纳米晶的形状和大小。该团队发现，即使在浓度较低的情况下，流体自由喷发也容易使纳米颗粒聚集成群。在真正的火山中，岩浆黏性会突然增加，从而封堵住那些试图逃逸的气泡。当积累到足够的压强时，一团又一团的岩浆又会一次性全部喷出（不再像之前一样以持续而缓慢地排出），导致火山喷发。
加拿大哥伦布大学的地质学家埃纳特·列夫（Einat Lev，并未参与这项研究）表示：“这项研究非常令人激动，解决了我们长期以来一直面临的一个问题。研究如何将这些知识融合到未来的火山模型中，是非常重要，也极具挑战的一件事。”
撰文：哈里尼·巴拉特（Harini Barath）
翻译：赵欢
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