火山爆发时为什么会喷出石英砂

火山爆发是地球地壳活动的直接表现之一，它不仅能让我们见识到自然界强大的力量，同时也提供了对地质学和化学知识的深入了解。尤其是在火山爆发过程中，人们常常会观察到一些令人惊讶的地理现象，如石英砂的出现。这一现象虽然在日常生活中并不经常遇到，但它却蕴含着丰富的地球科学知识。

首先，我们需要明确什么是石英砂。石英是一种非常特殊的矿物，其化学成分为二氧化硅（SiO2），这也是玻璃中的主要成分。在火山喷发时，如果岩浆中含有大量的二氧化硅，并且温度足够高，那么这些硅酸盐就可能通过快速冷却形成晶体，这些晶体就是我们所说的“熔岩玻璃”或“流纹岩”。

然而，普通的人类眼睛很难区分这种熔岩玻璃与其他类型的岩石，因为它们外观上看起来通常很平滑、透明或者半透明。但如果这些熔岩玻璃经过长时间的地表风化作用，比如被雨水、阳光和微生物侵蚀，它们就会变得更加粗糙，颜色也可能发生变化，从而转变成为我们今天所熟知的地层中的“碎片状”或者“颗粒状”的沉积物——即所谓的“石英砂”。

但为什么在火山爆发的时候会有这么多二氧化硅呢？这是因为在地球内部，一些深处的大陆板块和海洋板块之间存在着巨大的压力差异。当这两大区域接触时，压力增大，使得地下储存着大量二氧化硅等矿物质的一部分开始融解形成 magma。如果这个过程发生在较浅层次，即使是几十公里以下，也有可能触及到的低温区，这时候 magma 中仍然包含了大量未完全融解的小颗粒，这包括了很多不同的矿物，其中最典型的是金刚石（碳元素组成）和辉钛矿（钛元素组成）。由于这些小颗粒没有完全融合，所以当 magma 冲破地壳表面并进入空气后，它们不会立即凝固，而是保持原有的状态。

当这种充满了各种各样未完全融解的小颗粒和泡沫结构混合均匀的情形达到一定高度，就可以说是一个典型性的 “汽油-水相似性”。这个比喻来自于物理学的一个概念：如果将液态氢气加热至一定温度，可以看到液态氢气中间出现了一些像小泡沫一样的地方，当你用一个管子从下往上挖掘其中一个这样的点，你将得到一种由液态氢气构成泡沫中心，由纯净无杂质氦气构成泡沫壁的一种材料，这就是一种具有汽油-水相似性的系统。同样的，在某个特定条件下，当 magma 释放出来后，如果它还没有全部彻底变成了熔滓，那么它就相当于一个新的体系，是由各种未完全融解的小颗粒、空洞甚至还有剩余的一些固体碎屑混合在一起。