浮石的囊泡里有什么气体?

Question

许多参考文献指出，浮石是由熔岩中的气体形成的，但我还没有找到它们是哪种气体的参考文献。如果一块浮石漂浮起来，那么可以想象它仍然含有来自岩浆的原始气体，对吧?

打破浮石会释放出困在囊泡中的气体。

根据https://www.tulane.edu/~sanelson/Natural_Disasters/volcan&magma.htm，岩浆中的气体是

• 主要是H₂O(水蒸气)和一些CO₂(二氧化碳)
• 少量的硫、氯和氟气体

但是浮石也是这样吗?如果气体中主要是水蒸气，那么当它冷却时，浮石孔中会含有液态水，尽管与囊泡的大小相比数量很小。

否则，浮石通常有其他气体吗?

编辑下面是关于这个问题的一些背景知识。我7岁的儿子问我浮石里的泡沫是从哪里来的，当时我向他展示了这种“岩石”可以漂浮。谷歌没有给出一个好的答案，所以在他上床睡觉后，我开始搜索……孩子们最会问问题!

Answer 1

浮石不含任何气体，囊泡是空的¹．形成浮石的岩浆用于含有气体，主要是水和CO₂就像你说的。但这些气体在火山喷发时消失了。大多数囊泡实际上是相连的，允许气体逸出。连通性美元加元定义为:

$C = \frac{\phi'}{\phi}$

在哪里\φ的美元连通孔隙度，和\φ美元为体积孔隙度。所以美元加元从0(无连接，所有囊泡都被隔离)到1(所有囊泡都被连接)不等。

Colombier等人(2017)编制了火山岩连通性测量数据库，其结果总结如下图所示:

的协方差美元加元与ϕ美元适用于所有按岩石组成块分类的天然岩石

可以看到浮石(面板a、c、d和e)的连通性非常高，通常在0.8到1.0之间，这意味着大部分孔隙度是连通性的，允许气体通过孔隙网络逸出。至于这种高连通性的原因，研究指出:

孔隙连通性的发展是由泡化和气泡生长驱动的合并或通过开裂或这两种过程的结合。

¹正如评论中指出的那样，相连的囊泡实际上充满了大气气体。

Answer 2

Formenti等人的工作地球与行星科学通讯214 (2003) 561不同意浮石永远不能保留原始气体的观点(强调添加):

我们的观察表明，来自熔岩圆顶的致密块体通常不能保留气体，因为基本上所有的囊泡都是相互连接的，这也是Le Pennec等人在对默拉皮熔岩圆顶样品的电导率研究中发现的。另一方面，Soufrière Hills和Lascar的喷泉崩塌火山碎屑流中浮石中的囊泡的体积百分比通常是孤立的，这表明即使在冷却和沉积之后，气体也可以保留在孤立的浮石囊泡中．

不幸的是，他们没有任何关于囊泡内容物的信息。这是发现于20世纪20年代这种浮石没有保留足够的原始气体，无法作为火山气体的样本。科学家们认为，从火山喷发出来的气体中提取样本比从破碎的浮石中提取高度污染的物质更容易。即使使用现代技术，确定孤立的小泡的含量的难度也太高了，因为它们可能含有与火山喷口释放的相同的气体。

Answer 3

为了补充其他答案，

如果气体中大部分是水蒸气，那么当它冷却时，浮石孔中就会含有液态水，尽管与囊泡的大小相比数量很小。

这是非常重要的一点。

岩浆喷发时，囊泡中含有极低密度的H₂O气体。

假设囊泡以某种方式保持封闭并与外界隔离，囊泡的冷却不一定会导致液态水的形成。囊泡内的分子总量是固定的，温度的下降导致内部压力很低。总密度保持不变，远低于液态水的密度。因此，浮石漂浮。