Как рентген помог раскрыть тайну плавающих камней
Исследователи из Национальной лаборатории им. Лоуренса в Беркли (Berkeley Lab) Министерства энергетики США с помощью рентгеновских исследований в Advanced Light Source (ALS) выяснили механизм, позволяющий пористым вулканическим породам — пемзе — плавать на воде годами, и причины, по которым они в конечном итоге тонут.
Долговременная плавучесть этих пород важна по нескольким причинам. Образующиеся на поверхности океана обширные «плоты» из пемзы могут путешествовать на тысячи миль, помогая ученым обнаруживать подводные извержения вулканов. Кроме того, пемза, богатая питательными веществами, служит переносчиком растений и других организмов, способствуя расселению видов. Однако плавающая пемза может представлять опасность для судов, поскольку ее зола способна засорять двигатели.
«Вопрос о том, почему пемза плавает, давно обсуждался в научной литературе, но не был решен», — сказала Кристен Э. Фориа, аспирант Калифорнийского университета в Беркли, ведущий автор исследования, опубликованного в журнале Earth and Planetary Science Letters. Используя метод микротомографии на синхротроне ALS, ученые просканировали образцы пемзы. Анализ изображений с помощью программного обеспечения, использующего машинное обучение, показал, что ключевую роль играет поверхностное натяжение воды в микропорах породы (размером с человеческий волос), которое удерживает пузырьки газа, обеспечивая плавучесть. Теория перколяции и процесс диффузии газа объясняют, как вода заполняет поры и как со временем газ уходит, что приводит к затоплению камня.
«Есть два разных процесса: один позволяет пемзе плавать, а другой заставляет ее тонуть», — пояснил Майкл Манга, сотрудник Berkeley Lab и профессор Калифорнийского университета в Беркли. Исследование показало, что предыдущие оценки времени плавучести в некоторых случаях были ошибочны на несколько порядков. Работа также позволила вывести формулу для прогнозирования времени плавания пемзы в зависимости от ее размера. Ученые продолжают исследования, в том числе изучая образцы «гигантской» пемзы длиной более метра, чтобы лучше понять механизмы подводных извержений.