來(lái)源：把科學(xué)帶回家

　　石頭入水即沉是常識(shí)，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。

　　看到浮石的樣子，你就能立馬明白它為什么會(huì)浮在水上。它看起來(lái)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(shuō)它內(nèi)部充滿(mǎn)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(kāi)的可樂(lè)瓶會(huì)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(lái)自岸上，有的則隱于海底。通常來(lái)說(shuō)，岸上的火山噴發(fā)產(chǎn)生的浮石比較小，大不過(guò)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(píng)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(shí)會(huì)形成一座浮島，被稱(chēng)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(mǎn)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(dòng)。科學(xué)家認(rèn)為它將為衰落中的大堡礁帶來(lái)新的生機(jī)。

　　浮石會(huì)在海上長(zhǎng)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)。喀拉喀托火山爆發(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(shí)會(huì)威脅到過(guò)往船只。

　　不過(guò)，浮石也不會(huì)一直流浪下去，它們最終還是會(huì)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(huì)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(xiàn)掃描浮石，并進(jìn)行3D建模，這才看透了其中的奧秘。

3個(gè)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?chē)乃?strong>毛細(xì)管作用下沿孔隙滲入，并包圍在孔洞中無(wú)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(dòng)，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(huì)漸漸擴(kuò)散出去，終歸要石沉大海。科學(xué)家用滲流理論（percolation theory）描述了這一過(guò)程，以此預(yù)測(cè)浮石的“浮生”有多長(zhǎng)。

　　研究者在實(shí)驗(yàn)室中還發(fā)現(xiàn)了一個(gè)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(jué)？

　　這些石頭可不是因?yàn)槠哿艘估锵胄菹ⅲ且驗(yàn)椤皼隽恕薄?strong>白天氣溫高，浮石中的氣泡膨脹，產(chǎn)生更大的浮力；反過(guò)來(lái)，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(gè)）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(lái)了。X射線(xiàn)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(lái)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(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，為藻類(lèi)、珊瑚蟲(chóng)等動(dòng)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?jī)r(jià)值，浮石也被應(yīng)用于人類(lèi)生活的各個(gè)領(lǐng)域。

　　浮石多孔的特性適合用來(lái)磨東西。最常見(jiàn)的就是搓腳石，用來(lái)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(méi)有現(xiàn)在這樣豐富的洗護(hù)用品，他們還會(huì)用浮石去除毛發(fā)、老繭，以及磨指甲。古羅馬人還會(huì)在牙膏中加入浮石粉，作為拋光劑，磨掉牙菌斑，但磨過(guò)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(cuò)的，可以輕松磨掉水垢和鐵銹。服裝制造業(yè)也會(huì)用浮石來(lái)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(guò)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(lái)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(zhǎng)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？