火山岩的气孔是怎么来的？岩浆冷却时的奇妙变化造就独特结构

气孔构造或囊泡）是岩浆在喷发到地表后快速冷却固化的过程中，其中溶解的气体来不及完全逸出而被“冻结”在岩石中形成的。这确实是岩浆冷却时发生的一个奇妙变化，造就了火山岩独特的结构和外观。

以下是气孔形成过程的详细解释：

岩浆中的溶解气体：

• 岩浆在地下深处时，处于高温高压状态。在这种条件下，水蒸气、二氧化碳、二氧化硫、硫化氢、氟化氢、氯化氢等多种气体以溶解状态存在于岩浆熔体中，就像二氧化碳溶解在密封的汽水瓶里一样。

压力骤降与气体出溶：

• 当岩浆从地下深处（高压环境）沿着火山通道向上运移，或者直接喷发到地表（常压环境）时，它承受的压力会急剧降低。
• 气体在液体中的溶解度随压力降低而减小。因此，压力骤降导致原本溶解在岩浆中的气体变得过饱和，开始从熔体中分离出来，形成气泡。这个过程称为出溶。
• 这类似于打开一瓶摇晃过的碳酸饮料（可乐、啤酒等），压力突然释放，溶解的二氧化碳迅速形成大量气泡并涌出。

气泡的形成与上升：

• 出溶的气体在岩浆中聚集，形成无数微小的气泡核。
• 这些气泡核会逐渐长大、合并成更大的气泡。
• 在流动性较好的岩浆（如玄武岩岩浆）中，气泡会因密度差而试图向上浮升并逸散到大气中。

快速冷却与固化“冻结”气泡：

• 关键的一步来了：当岩浆喷出地表（形成熔岩流）或喷发到空中（形成火山碎屑物）时，温度会急剧下降（暴露在空气或水中）。
• 岩浆的冷却速度非常快，导致其迅速固化（结晶）。
• 在岩浆完全固化之前，只有一部分气泡（尤其是靠近表面或流动性极好的岩浆中的气泡）能够成功逃逸到大气中。
• 大部分气泡，特别是那些位于熔岩内部、岩浆粘度较高或冷却速度极快的情况下，来不及完全逃逸，就被周围正在结晶凝固的岩浆“锁定”在了原地。

气孔的最终形态：

• 这些被冻结在岩石中的气泡空间，就形成了我们所看到的气孔。
• 气孔的形态多种多样：
  • 圆形或椭圆形： 最常见，尤其是在流动性较好的玄武岩中，气泡在固化前接近球形。
  • 拉长形、管状或扭曲状： 在熔岩流动过程中，气泡会被拉伸变形，形成管状或扭曲的气孔。有时熔岩流表面的气孔会被拉长成平行的细管。
  • 不规则状： 在粘度很高的岩浆（如流纹岩）中，气泡难以移动和保持圆形，会形成不规则的气孔。多个气泡合并也会形成不规则形状。
• 大小： 气孔大小差异很大，从肉眼几乎不可见的微小孔洞到直径数厘米甚至更大的“巨孔”都有，这取决于气泡的大小和岩石的冷却速度。

影响气孔特征的因素：

• 岩浆粘度：
  • 低粘度岩浆（如玄武岩）： 气泡容易上升、合并和逃逸，形成的气孔通常较大、较圆、数量相对较少，分布也可能不均匀（表面多，内部少）。熔岩流动时容易形成拉长的气孔或管状构造。
  • 高粘度岩浆（如流纹岩、安山岩）： 气泡难以移动和逃逸，更容易被大量“冻结”在岩石中。形成的气孔通常较小、数量极多、形状更不规则（常呈多角形或扭曲状）。有时形成浮石或火山渣（熔岩泡沫），气孔体积甚至超过固体部分。
• 气体含量： 岩浆中原始溶解的气体越多，能形成的气泡就越多，气孔也就越丰富。
• 喷发方式和环境：
  • 熔岩流： 表面冷却快，气孔多；内部冷却慢，气泡有更多时间逃逸或合并，气孔可能较少较大。
  • 水下喷发： 水与炽热熔岩接触产生大量蒸汽，形成极其丰富的气孔（常形成枕状熔岩，其边缘气孔特别发育）。
  • 爆发式喷发（火山碎屑）： 岩浆被炸成碎屑（火山灰、火山砾、火山弹），在飞行过程中快速冷却固化，气体剧烈膨胀，形成非常多孔甚至能浮于水的浮石或火山渣。
• 冷却速度： 冷却越快，气泡被冻结得越多、越小、越不规则。例如，水下喷发或熔岩流表面淬火带的气孔通常比熔岩流内部更细小密集。

总结来说，火山岩气孔的形成过程可以简单概括为：

这种由压力变化引发气体释放，又被快速冷却“定格”的过程，确实是地球内部能量与地表环境相互作用产生的奇妙地质现象，赋予了火山岩独特的多孔结构。这些气孔不仅影响岩石的外观、密度和重量（浮石能浮于水），还影响其工程性质（如强度、渗透性）和用途（如轻质建筑材料、磨料、过滤材料）。