1997年上映的美国经典灾难片《天崩地裂》（Dantes Peak）讲述了“火山爆发”背景下的故事。电影中，众人在逃离的过程中，需要划船渡湖。为了减轻船体负重，赶在完全溶解之前抵达对岸，老祖母跳进严重酸化的湖水，趟着及膝的湖水走到岸边，上岸后，重伤的老祖母离开了大家。
火山爆发有可能引起山体附近的湖水变酸？酸性会强到如此快速溶解船体么？……
这一次，松鼠会成员田不野联手来自中国地质大学地质学专业的守望祁连，将分别从地质学及反应动力学的角度解读：船体不会如此快速消溶，老祖母不必跳下船，别担心。
Q：火山爆发时，会引起山体附近的湖水变酸么？为什么？
守望祁连：
火山爆发期间，山下或附近的湖水，是有可能变为酸性的。
我们知道，火山发育的地方多是构造活动比较活跃的地方，例如环太平洋火山带，而这些构造活动比较活跃的区域多有大量的构造断裂，这些断裂的规模不一，差别较大，有的延伸可达几公里甚至几百公里。
当地质结构的变化时，会导致火山的爆发。岩浆沿着构造软弱带喷发出来，而由于构造挤压使得一些岩石挤压破碎形成一些裂缝，这也为火山气体运移提供了通道。此外大量的火山气体还可以通过地表浅处一些孔隙度较高的岩层（如砂岩层，这些岩层通常是较好的储水层和储油层）渗入到湖水中。
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另外，火山爆发所喷出的物质中，除了粘稠的岩浆外，还有挥发性气体。岩浆喷出地表后，会由于温度的降低和压力的减小逐渐冷却结晶变为火山岩。而那些挥发性的气体则扩散到空气中，也有可能溶解到地表的水体中。据研究，有的火山每次爆发排出的气体量可达几十万吨，如此大量，要使湖水酸化还是有可能的。火山爆发所含有的挥发性的气体有主要成分有水蒸气、二氧化碳、含硫化合物（包括二氧化硫，硫化氢等）、一氧化氮、氯、氟等气体。其中的一些成分，尤其是硫化物很容易溶解到水体中，形成亚硫酸，使水体酸化。（需要指出的是，火山气体的含量并不是固定的，由于地壳深部地球化学环境的不同这些气体的含量可能会有所差异。）
但是，根据电影中的情节来看，导致湖水大规模酸化的气体只可能从湖底附近的构造裂缝或孔隙度较高的岩层（例如砂岩）扩散运移进去——如果气体是通过空气然后溶解到湖水中，那么空气中就会有高浓度的有毒气体，那么，电影中的人物恐怕在遭遇酸性湖水之前，便已中毒身亡。
在这里，顺便说一个有趣的事，今年3月至4月冰岛火山爆发，在MSN和QQ上都在疯传这样一段谣言：“从今天起至28号，请大家不要淋到雨。因为欧洲冰岛的火山大爆发，向高空喷发了大量硫化物，在大气层7000-10000米的高空形成了浓厚的火山灰层，强酸性。我们将会遭遇750年一遇的酸雨。”
不久后就有专家出面告诫公众无须惶恐。原因很简单——即使火山喷出的气体量很大，但它们大多都扩散到对流层的上部、平流层的下部，这样这些气体的密度会大大降低，而且很少会参与到全球大气循环的对流圈中。
因此，总体来看，“火山气体使湖水变酸”是可能的；但是，火山气体溶入湖水的通道应该主要是地下的构造裂缝或高孔隙度的岩层，只有很少一部分会通过空气再溶到湖水中。
Q：即使酸性气体进入了附近水体，湖水的酸性会强到“需要老祖母跳下船，以便节省时间让船在溶掉之前到达对岸”么？
田不野：
应该不太可能。
虽然，有两个重要参数我们无法估算，一个是湖水什么时候开始酸化的，另一个是船在湖水中浸泡了多久——但是，如果假设这一切都发生在影片所示的如此短暂的时间——也就是主人公划船到对岸的时间，那答案便是不可能。
原因如下：
第一，火山喷发释放的酸性气体主要是二氧化硫，而二氧化硫溶于水生成的亚硫酸是中强酸，同等物质的量的时候酸性要比硫酸弱；当然，如果达到饱和溶解度的话，湖水的pH值也可以降到0以下——但是，这种情况所需要的二氧化硫，相当于约40倍湖水的体积。倘若如此大量的二氧化硫气体在如此短的时间突然从地下冒出，足以在湖面掀起惊涛骇浪了，而不是影片中所示的那么平静，仅仅出现几串微小的气泡。
第二，从反应动力学的角度来看，即使溶液中的酸度非常高，在酸液腐蚀船体和金属扇叶的时候，一方面与金属反应消耗了酸，造成金属表面氢离子浓度下降，另一方面，释放出来的大量氢气也变成了一个保护层，此时的反应速度由氢离子从湖体扩散到船表面的速度，以及氢气从船体表面飘出的速度决定。同样质量的金属，其反应速度跟它的形状（间接意味着和溶液接触的面积）有关，在溶液中的酸度很高且不变的情况下，虽然具体速度不易估算，但一定不会像电影中展现的如此快速。
第三，即使这个反应速度不受离子从湖体扩散到船表面的速度，以及氢气从船体表面飘出的速度控制，那船会很快沉下吗？这不是没有可能，因为要造成船漏水的话，并不需要全部溶解，只要有一、两个焊接的地方遭到破坏，整个船就会渐渐漏水直到沉没。
或许，我们可以从水面气泡来估算下溶解到底有多快。
酸腐蚀金属的原理很简单，无非是“金属置换了酸中的氢，金属变成金属离子，氢变成了氢气”。以铁来计算，假定船体被溶解掉一立方厘米的铁，那么，会产生多少体积的氢气呢？一立方厘米的铁约为8克，8克铁可以产生约0.3克的氢气，0.3克氢气的体积是3升多，差不多是一只普通气球的大小。由于氢气的存在，船的周边应该有大量的气泡，可惜按照上个视频中来看，溶解速度并没有很快。
补充一个细节，二氧化硫和硫化氢都具有强烈的刺激性，船上的人闻到这个气味的不可能如此淡定，至少要把鼻子捂住。
本文来自：科学松鼠会
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