奇怪的新设备测量熔岩的“液体”程度

一种新设备可以帮助科学家测量活跃流动期间的熔岩粘度。

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去年，布法罗大学的科学家和学生穿上镀铝防护服，非常接近冰岛利特利赫鲁图尔火山喷出的熔融物质。

火山学家斯蒂芬·科尔岑伯格（Stephan Kolzenburg）表示：“听起来就像是一辆推土机将碎玻璃推向你。”

虽然大多数人都会避免靠近火山，但该团队有一个重要的理由去那里：尝试一种全新的设备，一种测量熔岩粘度的贯入计。发表在科学仪器评论中的一项新研究讨论了贯入仪及其首次在现场使用的数据——以前从未从活跃的熔岩流中收集到的信息。

实验室熔岩的局限性

熔岩是三相的混合物：熔岩或熔岩；熔体中含有气泡或气体；和晶体，或凝固和冷却的材料。了解熔岩的粘度是更好地了解其流动速度的关键。较高粘度的熔岩又厚又粘；低粘度熔岩的流动更像液体或“火河”。

未参与这项新研究的火山学家艾伦·惠廷顿 (Alan Whittington) 表示，熔岩的成分和粘度不仅在火山之间存在差异，而且同一座火山也具有不同的特征。例如，“热熔岩通常非常流动，”他解释道。 “当熔岩冷却时，它确实变得非常非常粘。”

由于这种复杂性，更不用说如此接近超过 1,832 华氏度（1,000 摄氏度）的不可预测物质的危险，测量熔岩粘度的实验受到了限制。先前的粘度场研究和设备仅揭示了有关某个特定地点和时间的熔岩的信息。

大多数关于熔岩粘度的研究都是在实验室环境中完成的，科学家可以在实验室环境中制造自己的熔岩。虽然这种类型的实验确实提供了有关熔岩在自然界中如何表现的重要信息，但它仍然是一个非常受控制的努力。

“我们可以重新熔化我们发现的岩石，然后降低实验室的温度，它们就会开始结晶，”最近研究的作者之一科尔岑伯格解释道。然而，由于这些实验是在大气压下进行的，像气体这样的挥发性物质会产生溶解的气泡，“就像一罐汽水在几个小时后就会消失。我们不能在实验室里控制挥发物，”他说。

构建更好的渗透仪

由于实验室的局限性，并且为了检查从之前的人工熔岩实验中收集的数据，需要一种新工具来测量现场熔岩粘度。学生们与布法罗大学机械师合作构建原型。 “我们的目标是拥有一种手持设备，可以测量相对较大体积的材料的粘度，”博士马丁·哈里斯 (Martin Harris) 说。最近研究的候选人和主要作者。

一旦他们对贯入计的设计感到满意（一种形状有点像长除草机的不锈钢装置），他们就在不同粘度的物质中对其进行了测试：“橡皮泥，像我们可以得到的凝胶一样，”说哈里斯.

穿透仪需要足够长，以便用户能够站在近距离但安全的距离，并且足够便携，以便不同体型和体力的研究人员能够操作。一旦接触到熔岩就无法融化。

“最终，测量本身并不需要那么长时间。你可能需要 30 秒，然后你可以退后一步，降低它并休息一下，然后再继续。这不是需要保持 10 秒的事情。几分钟的真正强大的力量，”哈里斯说。

新型熔岩贯入度计的工作原理是测量工具需要推入材料中的力量，以及到达一定深度所需的时间。力和位移这两个属性决定了周围材料的粘度。该设备本身由一根长管组成，该长管连接到测量压缩力的压力表上。在管的顶部，第二根金属杆沿着轴承轨道运行以测量位移。

首次现场试验及后续试验取得成功

去年在冰岛捕获的测量结果显示，熔岩粘度范围很广，从 300 到 34,000 帕斯卡秒，这意味着在 2,098 华氏度到 2,129 华氏度（1,148 摄氏度）的温度范围内，有些熔岩更具流动性，有些则更具粘性。至 1,165 C)。

“对我来说有趣的是，当你真正开始推动它时，流动可能会发生多大的变化，”惠廷顿说。 “我认为还有很多东西需要学习。[熔岩渗透仪]是对我们目前拥有的遥感和实验室实验方法的极好补充。它不会取代它们中的任何一个。但它将产生很多伟大的成果新数据。”

哈里斯和布法罗团队的下一步计划是与世界各地的火山观测站（例如留尼旺岛的火山观测站）合作，并培训其他研究人员如何使用贯入仪。 “这最终将促进更多关于熔岩粘度的全球研究和数据集——更好地了解它从地下出来时的粘度。唯一可以做到的方法是让更多的人使用这些仪器。”