【导读】: 近日《地质学》期刊报道了一种新技术，用于测量火山熔岩的粘度。研究发现，在喷发条件下，熔岩的粘度远低于传统无气泡实验测得的值，这表明气泡在控制熔岩流动方面发挥着比预期更大的作用。研究结果将有助于更准确地预测熔岩流动速度和评估火山灾害。
想象一下火山喷发，炽热的熔岩从火山口喷涌而出，沿着山坡缓缓流下。熔岩的流动速度，很大程度上取决于它的粘稠度，也就是我们常说的“粘稠”程度。熔岩越粘稠，流动就越慢；反之，熔岩越稀薄，流动就越快。这不仅影响着火山喷发的壮观景象，更与火山灾害评估和预测息息相关。
科学家们一直致力于研究熔岩的粘稠度，并试图建立模型来预测熔岩的流动行为。影响熔岩粘稠度的因素有很多，其中最主要的三个是：熔岩的化学成分、温度和结晶度（熔岩中晶体的含量）。传统的测量方法通常是在实验室里，将熔岩样品加热到高于熔点的温度，然后再冷却到目标温度，最后测量其粘稠度。然而，这种方法有一个很大的缺陷：在高温熔融的过程中，熔岩中原本存在的气泡会消失，而且熔岩中的晶体也会发生改变，最终得到的熔岩样品和真实的火山熔岩相去甚远。这就好像我们想研究一杯加了冰块的可乐，却在研究过程中把冰块和气泡都去掉了，这样得到的研究结果自然难以反映真实情况。
为了解决这个问题，科学家们开发了一种新的测量方法，可以直接测量高温下含有气泡和晶体的熔岩的粘稠度，他们称之为高温三相等温熔岩粘度测量技术（high-temperature three-phase isothermal，HTTPI）。这项技术有点像我们做饭时的“热锅凉油”，先把锅加热到很高的温度，然后再放入油和食材。具体来说，科学家们先将熔炉加热到高于熔岩熔点的温度，然后迅速放入熔岩样品，使其快速熔化，接着立刻将熔炉降温到目标温度，并快速测量熔岩的粘稠度。这样一来，熔岩中的气泡和晶体就能够最大程度地保留下来，测量结果也更接近真实情况。
他们将这项技术应用于 2018 年基拉韦厄火山喷发的熔岩样品。结果发现，在与火山喷发相似的温度和条件下，熔岩的粘稠度远低于之前用传统方法测得的值。例如，在 1115°C 时，新方法测得的粘稠度比传统方法低了将近 50 到 70 倍！这表明，熔岩中的气泡对粘稠度的影响比我们预想的要大得多，而传统的模型和预测可能高估了熔岩的粘稠度。
这项研究为我们提供了一种更准确地测量熔岩粘稠度的方法。在实际的火山喷发中，熔岩通常含有大量的气泡，尤其是在熔岩通道的中心区域，气泡含量甚至可以高达 60% 到 80%。这意味着，熔岩的流动速度可能比我们预想的要快得多，这对于火山灾害的评估和预测至关重要。
参考文献：Brenna A. Halverson, Alan Whittington; From flow to furnace: Low viscosity of three-phase lavas measured at Kīlauea 2018 eruption conditions. Geology 2024; doi: https://doi.org/10.1130/G52679.1
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