火山喷发是如何发生的？与沙子的流动有关

    美国“国家科学院学报”月刊4月22日刊发的一项研究指出，研究人员证明了两种类型的沙子与液体相似的表现，这有助于更好地了解山体滑坡和火山喷发等地质过程，并为新医药的研制打开了大门。

    沙子和化学反应中使用的催化剂等颗粒材料的流动，构成了大量自然现象，例如雪崩和火山喷发等，不少工业过程如制药和碳捕获等也与此过程有关。研究作者指出，虽然在沙丘、雪崩和流沙的运动中，粒状物质的运动和混合往往表现出与液体“惊人的相似性”，但是粒状物质流动的基本物理学并不像液体流动那样好理解。

    现在，哥伦比亚大学化学工程教授克里斯·博伊斯的最新发现，解释了不同密度的粒状颗粒引力不稳定性的新理论，这种不稳定是由气体流通机制导致的，这种机制在液体流动过程中并不常见。博伊斯的研究小组意外观察到沙子类似于瑞利一泰勒不稳定性(RT)的不稳定性，瑞利一泰勒不稳定性是指高密度流体被低密度流体加速时产生的不稳定性。

    瑞利一泰勒不稳定性是由两种不能混合的不同密度的流体（例如油和水）相互作用产生的，较轻流体会出现在较重流体的另一边，科学家没有在两种干性粒状材料混合时看到这种现象。这项研究首次证明，当两种粪型的沙子受到垂直振动并有上升气流时，较轻的沙子就会形成“气泡”，气泡通过较重的沙子上升。

    该团队发现，正如空气泡和油因为比水轻、不想与水混合，因此会在水中上升一样，轻沙的气泡会通过较重的沙子上升。“我们相信我们的发现具有变革性。我们发现了一种与最新流体机械不稳定性相似的粒状不稳定性。”博伊斯说。研究人员认为，这一发现可以解释矿床沉积的地质构造和过程，可用于研发能源、建筑和制药行业的粉尘加工技术。