Magic！石頭也練過輕功「水上漂」？

圖 / 何恭算、劉憶諄提供  

能飄浮在水上的石頭有甚麼特性和用途？

地球上的火山主要集中在板塊擴張的中洋脊和板塊碰撞的隱沒帶，還有些從數千公里深直接上湧的熱點噴出，另有少數火山是發生在地殼張裂的地方。不同地質環境下所噴出的岩漿，不但組成成分不同，噴發型態也有明顯差異。劇烈的火山爆發，不論是發生在陸地或是海底，經常有浮石（pumice）產生 。 大量浮石可能對人類活動和生態環境帶來重大衝擊， 而它具有粗糙、多孔、質輕的特性，人們也常利用它做為建築、園林、磨料等方面的用途。

火山噴發後產物包含了物質的固、液、氣三態

一座火山噴發時會帶來固體、液體及氣體 3 種產物。固體的噴發物稱為火山碎屑，依其顆粒大小可分為火山塊、火山彈、火山礫、火山灰、火山塵等。液體主要是由火山口或裂縫流出地表的岩漿，它是由下部地殼或上部地函的岩石發生部分熔融所形成的，凝固後稱為熔岩。火山噴出的氣體以水蒸氣最多，另含二氧化碳、氮、二氧化硫及少量的氫、一氧化碳、硫和氯等。不同類型的岩漿，不但組成成分不同，也因內部氣體含量的多寡而導致噴出地表的作用型態也有明顯差異。例如流質較多的玄武質岩漿，因氣體含量少，火山作用緩和，多屬寧靜式噴發，夏威夷熱點火山活動就屬這種類型。若岩漿內氣體含量多，則噴發作用猛烈，位在環太平洋安山岩帶上的火山，均屬於此種爆裂式噴發類型。

根據統計，全球過去500年內噴發的活火山中，陸上有近 500座，而海底僅有40座。今（2022）年 1月15日，太平洋東加王國發生海底火山爆發，不但出現壯觀的「蘑菇雲」，而且噴出大量火山噴發物也引發海嘯，讓該國幾座小島幾乎消失，災損相當嚴重。就地體構造而言，東加位處板塊聚合隱沒帶，太平洋板塊以每年20公分的速率隱沒至印澳板塊下。隱沒的海洋板塊含有潮濕的沉積物，當到達深處而發生熔融時，所形成的安山質岩漿因富含水及其他揮發成分，當累積到一定程度時，便產生強烈的火山噴發。

你相信火山噴發出來的石頭可以漂浮在水上嗎？

火山噴發至地表所形成的岩石稱之為火山岩或噴出岩，因岩漿冷卻速度快，礦物的結晶顆粒小，甚至有些來不及結晶而呈玻璃質，常見的有流紋岩、安山岩和玄武岩等。一般緻密塊狀熔岩的密度大致介於 2.3到3.3之間，如果岩漿內含水分或其他揮發成分較多，且到達地表後急劇冷卻，則會形成以玻璃質為主且孔隙多的火山岩，它的密度會隨之降低。

浮石亦稱浮岩，顧名思義是指能浮在水面的石頭，若經由火山噴發而來的浮石，又稱火山浮石。我們熟知水在 4℃時密度最大為 1 g/cm³， 25℃時大約是 0.997 g/cm³， 而海水的密度取決於溫度、鹽度和壓力（或深度），在低溫、高鹽和深水的環境，海水密度大，反之則較小，一般是介於1.02～1.07 g/cm³之間。因此，一塊石頭在水中要能漂浮，它的密度要低於該處淡水或海水者才行。浮石由於內含眾多充滿空氣的孔洞且以具海綿結構的玻璃物質為主，有密度低、質量輕的特徵，因此，它可以很容易地在水中漂浮。

浮石的組成中經常有80%以上是玻璃物質，這些介於氣孔間的玻璃物質常呈螺紋狀、纖維狀或薄板狀，另外可能含有石英、長石、角閃石、黑雲母、輝石、磁鐵礦或鋯石等細小晶體，而氣孔經常是渾圓、橢圓、細長或管狀的形狀，這取決於熔岩固化前的流動狀態。浮石的化學成分以二氧化矽和氧化鋁為主，其組成成分與噴發的岩漿類型有關，同時也會影響浮石外觀的顏色。例如常呈白色的流紋岩質浮石所含二氧化矽達65%以上，具有中等二氧化矽含量的安山岩質浮石以淺灰色、淺黃色或淺棕色居多，而二氧化矽含量較低的玄武岩質浮石則呈深灰至黑色。由於玄武岩質浮石的數量相對較少，因此，常見的火山浮石多屬淺色系。

飄洋過海到臺灣的浮石浩劫！

2021年8月中旬日本在西太平洋的小笠原群島有一座名為「福德岡之場」的海底火山，因太平洋板塊在其下方俯衝、熔融而發生劇烈噴發，大量火山浮石在海面漂浮，形成壯觀的浮石海景象。隨著季風及洋流的牽引，大量聚集在海上的「浮石筏」（pumice raft）陸續漂流到沖繩本島、鹿兒島縣， 以及宜蘭縣東方約 400公里的宮古島南方海域， 同年 12月更擴散到臺灣周邊海域及港口，除在臺灣本島發現外，蘭嶼、綠島、澎湖等外島也都出現大批浮石。

由於大量浮石在海域漂流可能造成海岸重要設施與過往船舶的嚴重損害 ， 海洋委員會暨所屬機關（構）為了掌握火山浮石的漂流動態，從 2021年12 月起持續進行洋流數值模擬預估主要火山浮石漂流路徑，並啟動無人機空拍與船艇巡邏等監測方式，提供火山浮石觀測現況，以警示該區域的漁船避開浮石，保障漁民作業及財產安全。

這次小笠原海底火山噴發產生的浮石，對臺灣及離島諸多沿岸或近海海域造成重大影響，雖然各地遭受衝擊程度不一，但因規模之大近年罕見，也帶來極大的震撼。如今已不見從海上漂浮而來的大批浮石，但是在許多岸邊沙灘上，仍然可見浮石的蹤影，鵝茗荷（藤壺的一種）甚至附著它做為棲身的住所。

火山作用對海域生態和環境的重大衝擊

雖然地表一直不斷有火山活動，但是引發的地質機制十分複雜，人類到現在仍然無法精準預測火山何時會爆發。火山作用往往帶來毀滅性的破壞，而在海域可能引發地震、海嘯，甚至類似這次小笠原海底火山爆發帶來大量浮石對海域生態和環境產生重大衝擊。

臺灣位處歐亞板塊與菲律賓海板塊交界處，不論是南方的馬尼拉海溝或是東北的沖繩海槽，受到板塊運動影響不時會有火山噴發現象。而根據地質調查顯示，臺灣海濱堆積層常見浮石聚集，這些浮石大都是隨著洋流或季風從它處海域漂浮而來。雖以現有科學觀測技術尚無法準確預估海底火山爆發時所產生的浮石數量，甚至，對於大氣與洋流長期變動也無法精準預估，然而有了小笠原海底火山爆發的例子，在面對浮石的漂移數量和可能路徑的預測，以及採取的因應之道，確實是不容忽視的重要課題。