Tại sao hòn đá nổi trên mặt nước

Mọingười đều biết đá thả xuống nước sẽ bị chìm, nhưng kì lạ thay một số đá lại có thể nổi trên mặt nước trong nhiều tháng hoặc thậm chí nhiều năm. Hiện các nhà khoa học đã tìm ra lời giải cho hiện tượng này.

Một nhóm các nhà khoa học tại phòng thí nghiệm Lawrence Berkeley National [Mỹ] đã tiến hành quét một mẫu đá núi lửa thủy tinh có khối lượng nhẹ và tính xốp được gọi với cái tên đá bọt.Đá bọt được tạo thành từ mắc-ma phun trào từ núi lửa. Nó có rất nhiều lỗ nhỏ li ti chứa đầy không khí.

Không giống như hầu hết các loại đá khác, đá bọt có thể nổi trên mặt nước. Trong một khoảng thời gian dài, những viên đá này đã trôi qua nhiều dặm nước biển. Dựa vào đặc điểm đặc biệt này của đá bọt, các nhà khoa học đã có cơ sở để tiến hành nghiên cứu và khám phá ra những điều còn ẩn giấu trong những trận phun trào núi lửa dưới nước.

Không giống như chúng ta nghĩ, Trái đất còn có loại đá có khả năng nổi trên mặt nước. Đó chính là đá bọt.

Về khả năng có thể trôi nổi trên mặt nước, kết quả nghiên cứu cho thấy những túi khí nằm sâu bên trong chính là nhân tố khiến những viên đá này có thể "bơi" xa nhiều dặm nước biển như vậy. Nói đến đây, nhiều người sẽ đặt ra câu hỏi rằng tại sao những túi khí đó lại có thể tồn tại trong một thời gian dài đến như vậy mà không bị vỡ.

Cuối cùng thì các nhà khoa học cũng tìm ra câu trả lời cho hiện tượng kỳ lạ: đá nổi trên mặt nước.

Giải thích về điều này, các nhà khoa học cho biết có thể dùng hình ảnh những con côn trùng, thằn lằn chạy trên mặt nước mà không bị chìm để làm hình ảnh so sánh đối chiếu cho câu trả lời.

Theo đó, quá trình "giam giữ" khí gas bên trong những hòn đá là sự căng bề mặt. Cụ thể, sự tương tác hóa học giữa bề mặt nước và không khí phía trên hoạt động giống như một lớp da mỏng không thấm nước. Điều này giúp những viên đá có thể nổi lềnh bềnh trên mặt biển trong thời gian dài.

Đá bọt nổi trên mặt biển sau vụ phun trào núi lửa.

Về quá trình nghiên cứu để giải mã những bí ẩn của đá bọt, Kristen E Fauria, một học viên cao học tại trường Đại học California, Berkely, Mỹ đồng thời cũng là trưởng nhóm nghiên cứu lần này, cho biết:"Câu hỏi về loại đá có thể nổi trên mặt nước đã xuất hiện từ lâu, thế nhưng từ đó đến nay nó vẫn bị bỏ ngỏ.Ban đầu người ta nghĩ những túi khí trong viên đá được bịt kín giống như một chiếc chai nhựa nổi trên mặt nước. Thế nhưng, qua quan sát chúng tôi thấy rằng những túi khí này hoàn toàn mở chứ không đóng kín".

Để hiểu được những gì đang diễn ra bên trong các viên đá, nhóm nghiên cứu đã tiến hành bôi một loại sáp lên bề mặt những viên đá chứa những lỗ khí nhỏ như lỗ chân lông. Sau đó, họ đã sử dụng tia X-Rays để nghiên cứu nồng độ nước, khí và quá trình tương tác giữa chúng như thế nào. Từ đó có thể đưa ra kết luận.

Tác giả nghiên cứu,Kristen Fauria từ Đại học California-Berkeley [Mỹ] cho biết:

“Quá trình kiểm soát trạng thái nổi này diễn ra ở quy mô của sợi tóc người. Rất nhiều những lỗ trong đá bọt thực sự rất nhỏ, như những sợi rơm mỏng quấn lại với nhau. Vì vậy sức căng bề mặt có tác dụng rất lớn”.

Những lỗ nhỏ trong đá bọt khá lớn và liên kết với nhau. Điều này dường như khiến đá bọt dễ chìm, bởi nếu nước chảy vào một trong những lỗ ở mặt ngoài, thì không gì có thể ngăn nước tràn vào những lỗ khác và khiến hòn đá chìm xuống. Tuy nhiên, trên thực tế có một số hòn đá bọt bị ngập nước và chìm, nhưng sau một khoảng thời gian có thể nổi lên trở lại.

Để tìm hiểu cơ chế đằng sau hiện tượng này, các nhà khoa học đã phủ một lớp sáp bên ngoài hòn đá sau khi nhúng chúng qua nước. Sau đó họ chụp X-quang hòn đá để xem sự phân bổ lượng nước và không khí chứa bên trong các lỗ nhỏ.

Câu trả lời nằm ở sức căng bề mặt của nước bên trong hòn đá thông qua cơ chế bẫy không khí. Cụ thể, do chịu sức căng bề mặt của nước, nên lượng không khí bị “giam lỏng” bên trong các lỗ nhỏ của hòn đá bọt và không thể thoát ra. Ở kích thước càng nhỏ, hiệu ứng căng bề mặt càng rõ rệt, tương tự như cách nhện nước di chuyển trên mặt nước mà không bị chìm hay cách những giọt nước mưa không thể chảy qua các lỗ nhỏ giữa các sợi vải căng trên ô dù.

Sau một thời gian lâu, không khí trong các lỗ nhỏ dần dần khuếch tán ra bên ngoài, nước tràn vào trong khiến hòn đá chìm xuống. Nhưng khi nhiệt độ gia tăng, không khí còn lại bên trong giãn nở đẩy nước ra ngoài, và chúng lại nổi lên.

Hiểu được cơ chế nổi của đá bọt là một bước tiến để hiểu được đá bọt được phân chia thành các thành phần nổi và thành phần chìm như thế nào. Đồng thời nó cung cấp một con số ước tính cho “tuổi đời” của các dải đá bọt trên biển.

Những phát hiện này được kỳ vọng giải thích cơ chế các khối đá bọt khổng lồ được hình thành. Một số được tạo ra trong các vụ phun trào núi lửa dưới nước có chiều ngang lên đến 1 mét, trong khi hầu hết các hòn đá khác có kích cỡ ngang bằng quả táo.

Đá bọt với khả năng nổi trên mặt nước là một hiện tượng hiếm, việc nghiên cứu và giải mã thành công hiện tượng này đã khẳng định thêm một thành công nữa của nền khoa học Mỹ nói chung và khoa học thế giới nói riêng.

Bích Ngọc [tổng hợp]