作者:赖斯大学的杰德·博伊德 从圣殿山西南方向鸟瞰
海伦斯，华盛顿，1980年5月18日
普林尼火山爆发是美国最致命、代价最大的火山灾难
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历史
信用:克里梅尔，罗伯特
公用领域 微小的气泡可以讲述地球上最大的火山爆发的故事，莱斯大学和德克萨斯大学奥斯汀分校的地球科学家发现其中一些故事是用纳米粒子写的
在《自然通讯》在线发表的一项开放研究中，莱斯大学的萨和哈吉姆萨、胡庆炉·贡纳曼和奥斯汀大学的詹姆斯·加德纳回答了一个长期存在的关于火山爆发的问题，比如圣托马斯火山爆发
1980年的海伦斯山、1991年的菲律宾皮纳图博山或2008年的智利柴腾山
地球科学家长期以来一直试图利用喷发的熔岩和火山灰中的微小气泡来重建这些强力喷发中出现的一些情况，如热和压力
但是，预测将形成多少气泡的数值模型和在喷发岩石中测量的气泡实际数量之间存在历史性的脱节
哈吉米尔扎、贡内尔曼和加德纳工作了五年多来调和普林尼火山爆发的这些差异
以纪念小普林尼命名，这位罗马作家描述了公元1500年毁灭庞贝的火山爆发
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79、普林尼火山爆发是一些最强烈和最具破坏性的火山事件
博士后研究员、前哲学博士哈吉米尔扎说:“喷发强度指的是喷发的岩浆数量和喷发的速度。”
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赖斯大学地球、环境和行星科学系贡纳曼实验室的学生
“普林尼火山爆发的典型强度从每秒1000万公斤到每秒100亿公斤不等
这相当于每秒5000到500万辆皮卡
" 科学家测量岩浆上升速度的一种方法是通过研究喷发的熔岩和火山灰中的微小气泡
就像未开瓶香槟酒中的气泡一样，岩浆气泡是由压力迅速降低而产生的
在岩浆中，这导致溶解的水以气泡的形式逸出
“当岩浆上升时，它的压力会降低，”哈吉米尔扎说
“在某一点上，它达到了水饱和的压力，进一步减压会导致过饱和并形成气泡
" 随着水以气泡的形式逸出，熔化的岩石变得不太饱和
但是如果岩浆继续上升，压力下降会增加饱和度
“这种反馈决定了气泡的形成数量，”哈吉米尔扎说
“岩浆上升得越快，减压速率和过饱和压力就越高，成核气泡就越丰富
" 在普林尼火山爆发中，如此多的岩浆上升如此之快，以至于气泡的数量惊人
当圣芒特
海伦斯火山爆发于1980年5月18日，例如，它在9个小时内喷出了超过1立方千米的岩石和灰烬，每立方米喷发的物质中大约有100万个气泡
哈吉米尔扎说:“泡沫总数将达到700万左右。”
“这是一个1后面跟着24个0，大约是地球上所有海滩上所有沙粒的1000倍
" 在他的博士学位中
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在研究中，哈吉米尔萨开发了一个气泡形成的预测模型，并与加德纳合作在德州大学奥斯汀分校的实验中测试了该模型
这项新的研究建立在这项工作的基础上，研究了不超过几十亿分之一米的磁铁矿晶体如何改变气泡在不同深度的形成
“当气泡成核时，它们可以在液体中形成，我们称之为均匀成核，或者它们可以在固体表面成核，我们称之为非均匀成核，”哈吉米尔扎说
“一个日常生活的例子是煮一壶水
当气泡在锅底而不是在液态水中形成时，这就是异相成核
" 底部的气泡通常是最先形成的，因为异质和同质成核通常在不同的温度下开始
在上升的岩浆中，在较低的过饱和水平下，异质气泡的形成开始得更早
气泡成核的表面通常在微小的晶体上
“它们促进成核的程度取决于晶体的类型，”哈吉米尔扎说
“尤其是磁石，是最有效的
" 在这项研究中，哈吉米尔扎、贡内尔曼和加德纳将磁铁矿介导的成核纳入气泡形成的数值模型，并发现这些模型产生的结果与普林尼火山爆发的观测数据不一致
哈吉米尔扎说，所有普林尼岩浆中都可能存在磁铁矿
虽然之前的研究没有揭示足够的磁性物质来解释所有观察到的气泡，但之前的研究可能遗漏了只有用透射电子显微镜才能揭示的小纳米晶体，这是一种很少使用的技术，只是现在变得更加广泛可用
为了查明情况是否如此，哈吉米尔扎、贡内尔曼和加德纳呼吁在普林尼火山爆发的物质中“系统地寻找磁铁矿纳米石”
这将提供观测数据，以更好地确定磁铁矿和异质成核在气泡形成中的作用，并可能导致更好的模型和更好的火山预测
“预测火山爆发是火山学家的长期目标，但这很有挑战性，因为我们不能直接观察地下过程，”哈吉米尔扎说
“正如美国国家科学院在2017年概述的那样，火山科学面临的最大挑战之一是通过更好地整合我们的观测数据和定量模型来改进喷发预测，就像我们为这项研究开发的模型一样
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