作者：石蘭（抄襲必究）

衆所周知，火山灰形成于火山噴發的過程之中，凝固的岩漿由于受到火山活動的劇烈推動，形成了由碎石和礦物質粒子所組成的微觀碎片。而火山灰在形成之後，便進入了地球的大氣層，并通過風力的作用被運輸到不同的地點。這些火山碎屑物具有傳播距離遠、污染範圍廣的特點，它們中的一部分在覆蓋冰面時被保留了長達數千年，而另一部分則在侵入到水中之後影響了水質。那麼，形成于火山噴發的透明冰芯中的褐色層，與當時的氣候存在着怎樣的關聯？而在火山活動的附近區域内，其水源的污染速率又是否取決于火山灰的形狀？

火山是地球上較為常見的一類地貌形态，而當其在壓力作用下噴出熔融物質的過程，則是一種被稱為火山爆發的自然現象。由于火山的類型具有多樣性，因而，它們在爆發時所具有的破壞性也有所不同，比如：休眠火山、死火山和活火山。而火山灰的形成，就源于火山爆發時的岩漿或岩石被粉碎，這種細小顆粒不僅堅硬，而且還不溶于水。火山灰的形成過程，實質上就是一個二次反應過程，強大的壓力作用使得熔融狀态的岩漿在火山口噴出，并形成了岩漿霧，而火山灰又形成于這些岩漿的霧化作用。

那些由火山活動所産生的火山灰，它們的直徑通常處于2毫米以下的範圍，并主要呈現出灰色、黃色和白色。不管是火山的液态噴出物，還是固态噴出物，其中火山灰的含量最多、且分布更廣，而當其經曆堆積壓緊之後，便會成為凝灰岩。比如，活性氧化矽、二氧化矽等活性物質，也存在于一些火山灰質的混合物質之中，盡管它們的存在數量有限。或許你有所不知，火山灰顆粒的大小，不僅決定了可到達我們呼吸道部位的深淺、損壞我們的建築物表面、降低空氣中的能見度，還能給予過往氣候的重要提示，并決定該火山活動區域的水質污染速率。

有時候，科學家們也會在一些透明的冰芯中，觀察到一到兩毫米左右的褐色薄層，而這些微小的部分則形成于火山噴發的時候。那些數千年前覆蓋在冰面的火山物質，雖然難以肉眼觀察到，顆粒的大小一般處于十分之一到百分之一毫米，但研究人員卻可以通過冰芯實現回收。極小的灰燼碎片含量，導緻了大多數火山層在冰芯中都不可見，需要其中一層存有足夠的灰燼顆粒，方才足以在該冰芯中觀察到棕色的細條帶結構。

我們可以通過數字來具體感知這樣的探索難度，倘若我們想要在三公裡左右的冰芯中，找到含有足夠灰燼顆粒的灰燼層存在于冰芯之中，那麼，這幾乎就是一件不可能完成的任務。之所以科學家們會耗費如此多的時間來研究火山灰，其中還有一個與氣候有關的重要因素，也就是說，含有火山灰的不同冰芯，記錄下的實際上是不同時期的氣候信息。我們可以通過火山灰本身的化學指紋，追溯到其火山來源，以及詳細的噴發源。盡管分析樣品的準備過程耗時費力，但卻可以通過其化學成分的結果，将其與沉積岩心、或其他冰中具有類似碎片的分析數據進行對比，又或是将其與目标火山噴發現場的火山灰燼中含有的成分進行針對性比較。

事實上，火山爆發時威力的大小，可直接決定其傳播的距離有多遠，而其周圍土壤、植被、地表水和地下水的重金屬污染，則會在短時間内快速蔓延。科學家們表示，火山灰的形狀往往和水源被污染的速率有關，而這個關鍵的指标就是火山灰顆粒的面積。簡而言之，火山灰的氣泡多少決定了顆粒的表面積大小，而對于表面積更大的火山灰而言，則擁有更多的表面來滲透水，因而其浸出速度會相對更快，這為科學家們預估火山活動區域内的水質風險提供了很大的幫助。

科學家們在針對火山灰進行的研究過程中發現，就火山區域附近水源污染的程度而言，盡管，火山長時期以來的反複噴發，會導緻該區域中的污染物蓄積。但就單次火山爆發事件而言，則在開始幾個小時中呈現出了最嚴重的趨勢，然後出現了浸出率緩慢下降的情況。這個結果同時還表明了，火山灰的顆粒結構與水質的污染存在很大關聯，我們開始了解到這樣一個重要的基本事實：污染物在水中的溶解方式，也會受到火山灰類型的影響。比如，左圖中所示的圖裡亞爾巴火山的安山岩灰，便因為擁有高孔隙率而具有更大的表面積。但右圖中所示的基拉韋厄的玄武岩灰圖像，則由于具有光滑的球形外觀而呈現出了相對更小的表面積。

在之前的很長一段時間裡，我們對火山灰所進行的研究，總是假定它們中的每個顆粒都具有緻密而均勻的球形結構。然而，卻忽略了其中的某些部分顆粒具有多孔性，比如，每一個多出來的微小氣泡都可以增加火山灰的表面積，并促使更多的水因為充分接觸了這樣的物質而被污染。并且，火山灰也并不隻有一種類型，它們分别都擁有自身特有的組成元素，因而具有不同的污染物濃度。比如，玄武岩灰中的火山灰金屬含量就比安山灰更高。

科學家們為了弄清不同形态的火山灰，在同樣的環境中如何浸入，于是收集了四個不同火山的火山灰樣本。不僅測量了這些樣本各自的表面面積，而且還計算了灰燼中包含的氣泡數量。從實驗過程來看，在七天的時間裡，具有更大表面積的灰燼顆粒所，具有的金屬浸出速度相對更快。為了确保實驗的準确性，研究人員還在該過程中的不同時間節點，進行了火山灰樣品表面積的測量，以确認風化對浸出率所帶來的影響到底有多大。而這一切又會為當時的環境帶來不可磨滅的影響，火山灰就像是一個指紋鑰匙，能夠帶給我們和它有關的許多重要信息。

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