剪切力引发岩浆气泡成核挑战传统火山喷发模型

国际科学家团队，其中包括来自苏黎世联邦理工学院（ETH Zurich）的专家，于2025年发表的一项研究，对驱动火山喷发的岩浆气泡形成机制提出了新的理解。传统观点认为，气泡的形成主要依赖于岩浆上升过程中环境压力的下降。然而，这项发表于《科学》（Science）期刊的研究揭示，即使在环境压力无显著变化的情况下，岩浆的移动和变形所产生的剪切力也足以引发气泡成核。

这项研究的核心在于剪切力，即岩浆在火山通道内因速度差异而产生的摩擦力，尤其是在通道壁附近区域。苏黎世联邦理工学院的Olivier Bachmann教授作为该研究的合著者之一指出，实验结果证实了剪切力是气泡成核的独立触发因素。研究人员使用饱和了二氧化碳（CO2）的加压熔融聚合物来模拟岩浆的物理化学特性，通过施加受控的剪切力，观察到气泡在机械应力高的区域自发产生，且最容易在剪切力最强的通道壁边缘形成。

研究团队将这些实证发现整合到模拟火山通道条件的理论和计算模型中，确认了剪切诱导成核在火山通道中自然发生的现象，特别是在高粘度岩浆系统中。研究引入了“剪切诱导成核”这一新机制，作为对传统减压过程的补充。一个关键的定量发现是，引发气泡形成所需的临界剪切应力会随着岩浆中溶解气体的浓度增加而降低，意味着溶解气体浓度越高的岩浆，越易受剪切力影响形成气泡。

这一机制对火山学具有重要意义，可能解释了为何富含挥发性物质的高粘度岩浆有时会产生宁静的溢流式喷发（熔岩流），而非剧烈的爆炸性喷发。剪切诱导的早期气泡形成允许气体在岩浆到达关键的减压区域前进行渐进式释放，从而降低内部压力，软化其喷发行为。这项由Olivier Roche领导的研究强调，如果剪切诱导成核作用显著，以往通过气泡纹理（如气泡数量密度BND）估算岩浆上升速率的方法可能需要纳入剪切力的影响，以更精确地评估火山喷发的危险性。