火山彈探秘
2013-12-29 00:00:00陳其昌
北京教育·普教版 2013年12期
今年暑假，我參加了學校組織的“科技英才”長白山科學探索活動，和老師、同學、中科院專家一起體驗了采集、挖掘動植物和地質標本的活動。活動中，一個個形似恐龍蛋卻來自地球內部的火山彈吸引了我，激發了我探求它“前世今生”的興趣。
火山彈是火山噴發出的大量巖漿液滴在空中冷卻，落到地面形成的。但它為什么會形成兩頭細中間圓的梭子狀外形呢？當時專家只說“火山彈是經過了空氣動力學塑造而成的”，但我想探究空氣動力學如何具體作用于火山彈的形成。通過收集資料、與同學探討，我提出了兩個假說：縱向成形和旋轉成形。
縱向成形：火山噴出的熔巖球在空中做拋物線運動，球整體受到空氣阻力和地球引力，球體中密度較大的成分受到的慣性影響大，保持相對運動趨勢的能力強，空氣阻力對它們的影響較小，所以它們來到了前部，形成尖端；熔巖中密度中等的成分被空氣阻力留在中間形成了渾圓的中部；周圍空氣所產生的阻力粘滯住球體表面液體使其形成尾托。
旋轉成形：尖端主要借助繞軸旋轉所產生的離心力形成。兩個尖端的成型方式相同，物質成分和密度相近。
這兩種假說都可以通過質譜儀分析來驗證。遺憾的是我們沒有（也沒有聯系到）這個儀器，所以現在這兩種假說只能停留在猜想階段。不過我通過計算機CFD模擬，得到的結果也基本支持這兩種假說；如果酸性熔巖噴出時核心溫度為1037.15開爾文、二氧化硫含量為48%，它在風力小于等于4蒲福時縱向成形概率為87%，風力在6蒲福以上時，旋轉成形概率達到62%。
我的假說只是經過計算機模擬驗證，有一定局限性。但我希望未來能利用更優質的實驗室資源，對這個疑問進行更深入的研究。我始終相信：科學探索就是一個不斷追求真理的過程。我會堅持下去！
