米乐m6中国官方网站 由结构色产生的闪亮火山喷出物

米乐m6官方网站（以下简称“AIST”）活断层与火山研究部松本庆子研究组服务员兼木雕师川崎诚二对呈现虹彩光芒的火山喷出物（熔渣）进行了详细观察和分析，发现虹彩光芒是由喷出物表面的微细结构产生的结构色

火山渣是一种带有许多空隙的深色喷射物，是在火山喷发过程中由于溶解在岩浆中的水蒸气和二氧化碳等挥发性成分而产生的。火山渣常见于玄武质至安山质岩浆的喷发中，根据其化学成分的不同，它会在高温下长时间氧化而呈现黑色或灰色，或呈红棕色，但有些火山渣会呈现出蓝色或彩虹色的光芒。尽管经常发现具有这种发光的矿渣，但尚未对发光本身的原因进行详细的科学分析或阐明。

这次，我们对火山渣的表面和横截面进行了详细观察和分析，该火山渣呈现虹彩光芒，是 1986 年伊豆大岛火山喷发的火山喷发物的一部分。结果，他们在矿渣表面发现了一种尺寸与可见光波长相当的微结构，并在世界上首次揭示了虹彩是这种微结构产生的结构色。此外，火山喷发期间微观结构会发生变化烟雾柱发现它是在内部的高温气体环境中形成的。通过这项研究，预计对火山渣结构颜色的分析将为了解火山喷发过程的细节提供线索。

这项研究的详细信息将于 2025 年 2 月 19 日发表在《岩石与矿物科学》上。

火山喷发是地下岩浆喷出地表的现象。喷发期间，各种火山产物，如熔岩、火山灰和火山碎片被释放到地面和大气中。火山喷出物是岩浆到达地表或呈羽状上升时冷却、硬化或破碎而形成的，因此它包含了岩浆喷发前的温度和压力，以及岩浆移动到地表并沉积过程中的变化和化学反应的信息。因此，通过分析喷出物及其所含矿物的化学成分及其矿物形状、排列等结构，不仅可以研究喷发过程中岩浆的聚集条件和上升过程，还可以研究喷发过程中的物理化学变化，例如喷发柱内的温度和气体成分等。

火山喷出物是经过岩浆堆积、喷发、凝固等多种过程形成的，颜色可观察到黑色、灰色、红棕色等。这些颜色是喷射物内构成玻璃和矿物质的分子吸收特定波长的光时产生的物质颜色，反映了喷射物的化学成分和矿物质的类型。另一方面，一些矿渣呈现出彩虹色的光芒。在昆虫、鸟类、CD 等光盘和肥皂泡等熟悉的物体上可以看到虹彩，这是一种结构色，是光被材料表面的微小结构衍射、干涉和散射时产生的。到目前为止，还没有对火山喷发物中出现彩虹色光芒的原因进行详细的科学分析或阐明。

AIST进行了研究，通过分析火山喷出物及其所含矿物质的化学成分，估算喷发前岩浆房的温度、压力和挥发性成分（火山气体）成分等物理化学条件，并通过分析喷发时间序列上火山灰的化学成分和结构，阐明导致喷发方式变化的岩浆上升过程。这次，我们重点关注 1986 年伊豆大岛 B 火山口喷发的火山沉积物中所看到的虹彩发光，并调查了这种发光的原因，该火山沉积物的年代学已被详细了解，沉积物也被保存下来。

这项研究得到了 JSPS 科学研究补助金 JP22K14130 的支持。

在这项研究中，我们认为彩虹色的光芒可能是一个非常特殊的特征，它被认为是“火山喷出物的常见现象”而被忽视，并且没有经过详细的科学分析或阐明其起源。除了阐明火山渣中形成结构色的物理原因外，我们还证明这些特征可以帮助我们了解火山喷发的动力学。

伊豆大岛于 1986 年从三原山山顶的火山口 A 和两侧被称为火山口 B 和 C 的裂隙火山口喷发。特别是B火山口的喷发规模很大，火山羽流也达到了最高。16000 米^※）已达到。本研究中的虹彩熔渣是在 B 火山口喷发的最早沉积物中发现的。为了观察，我们选择了那些肉眼可以看到发光的。伊豆大岛的大部分地区被环境省指定为国立公园，采集样本需要获得环境省的许可。

从熔渣颗粒的外部到内部，熔渣颗粒的虹彩从蓝色透明区域转变为黄色至红色不透明（金属光泽）区域（图 1）。无论视角如何，这种发光都会在同一区域显示相同的颜色。使用电子显微镜观察熔渣表面表明，细晶粒晶体 (球晶)像群一样密集分布（图2，左上，电子显微照片）。球晶的尺寸略短于可见光的波长，在蓝色区域较小，随着颜色变为黄色和红色，尺寸也变大（图2左下）。对熔渣表面和横截面的观察以及 X 射线元素图显示，单个球晶由多边形氧化铁和从其延伸的含铁硅酸盐枝晶组成（图 2，右）。人们还发现，除了这些球晶之外，含有镁和钙的矿物质也可能已经结晶，并且还观察到钠、镁和钙等元素集中在靠近熔渣表面的玻璃中。

在这项研究中，我们参考了先前研究中玄武岩玻璃的热氧化实验，估计了图2所示复杂结构的结构形成机制。熔渣表面的矿物种类组合、矿物的形状以及玻璃内部的元素分布是由含有较多钠的熔渣与含有硫酸气体的高温氧化性气体发生化学反应而引起的。据推测，由于熔渣中所含铁的氧化，构成玻璃的分子网络重新排列，使得玻璃中所含的其他元素扩散，导致特定元素在熔渣表面附近集中，以及多种矿物质的结晶。认为此时形成了多角形晶体。这可以用随后立即快速冷却来解释，这导致了更多枝晶的形成。

人们认为，喷发物在火山喷发“瞬间”上升的区域（烟柱）内可以经历这种特殊的高温气体环境和冷却过程。本研究中的彩虹色熔渣仅在伊豆大岛B火山口爆发的最早阶段观察到，与B火山口系列喷发高峰时看到的红棕色熔渣明显不同。换句话说，就1986年的火山喷发而言，彩虹色的火山渣可以说是特殊高温气体环境的指标。这一结果表明，通过现场观察喷出物，有可能追踪以前从未观察到的喷发过程中喷发羽流内部温度和气体环境的变化，这一成就将有助于了解火山羽流的动力学，而火山羽流的行为尚未得到阐明。

我们还考虑了熔渣表面的复杂结构产生彩虹色的机制（图 3）。首先，由于观察到的蓝色/透明区域和黄色/红色/不透明（金属光泽）区域之间的矿物或玻璃等构成材料没有差异，因此虹彩可以说是结构色而不是材料颜色。虹彩是透明的还是不透明的（金属光泽）被认为反映了构成球晶的氧化铁的尺寸和数量的差异。此外，无论视角如何，相同的颜色都会出现在相同的区域，这表明它是由随机排列“元素”产生的单色结构色。导致虹彩熔渣中这种特征的“元素”被认为是球晶群的分布，并且颜色的差异被认为反映了单个球晶的尺寸和球晶之间的间距。熔渣从外部到内部由蓝色到黄色再到红色的转变反映了球晶尺寸的增大，且尺寸越大，晶体生长时间越长，表明它反映了熔渣颗粒从外部冷却的情况。

这项研究阐明了表现虹彩熔渣结构颜色的微观结构和形成机制。此外，首次发现在火山喷发的极端环境下通过特殊过程形成彩虹色的熔渣，这可能会促进无机材料着色新技术的发展。

^※）存在拼写错误，更正如下（2025 年 2 月 21 日）。
　修正前：1600米
　修正后：16000米

通过对 1986 年伊豆大岛喷发的熔渣进行详细的矿物分析、喷发过程中熔渣特性的变化，以及与其他火山和其他喷发方式产生的彩虹色熔渣的比较，我们将澄清喷发羽流内部物理化学条件无法用测量仪器直接测量的差异和波动。通过阐明经历过火山喷发极端环境的岩石的动态形成过程，我们将进一步阐明过去火山喷发的动力学。此外，我们将利用更高分辨率的显微镜来了解产生结构色的微结构的光学机制，为新型功能材料的开发提供有用的知识。

发表于：岩石与矿物科学
标题：产生彩虹色熔渣结构色的微观结构：1986 年伊豆大岛火山喷发的原因
作者姓名：松本惠子、川崎诚司
DOI：102465/gkk240806

结构色

是指基于材料的结构和微观结构，通过光的物理作用而产生的颜色，而不是材料内部吸收光而产生的材料固有的颜色。引起结构色的主要微观结构包括薄膜（肥皂泡等）、厚度方向（多层膜、珍珠母层等）和水平面的二维周期结构（衍射光栅、CD光盘等）、三维周期结构（蛋白石、光子晶体等）。[返回来源]

烟雾柱

喷发大量岩浆碎片（火山碎屑物质）的爆炸性喷发。从火山口升起的火山羽流由火山碎屑物质、火山气体和地球表面大气的混合物形成。人们认为该区域在喷发过程中保持着驱动力，火山碎屑物质和火山气体保持着相对较高的温度。当羽流到达平流层时，羽流平行于平流层扩散，形成伞状羽流区域。在该区域，羽流内部火山碎屑物质的温度被认为已降至与周围区域几乎相同的温度。[返回来源]

球晶

多晶体的集合，其中晶体围绕晶核径向延伸并发展成球形。[返回来源]