看誰跑得遠？探究為何有些熔岩（Lava）流動特別快且遠？

看誰跑得遠？探究為何有些熔岩（Lava）流動特別快且遠？
台灣師範大學科學教育研究所楊淇碩士生/國立台灣師範大學地球科學系劉德慶教授責任編輯

問學生為什麼有些火山爆發出來的岩漿，可以流動好幾公里，為什麼有些又會形成近似圓頂的熔岩，而流動不好呢？教師可以嘗試利用圖片去模擬火山爆發的熔岩流動來刺激討論。學生可以利用黏性的液體，像是糖蜜來代替熔岩，藉此探究控制熔岩黏性（與岩漿的黏度有關）是由哪些因子造成。在課堂中展示三個相同的乾淨玻璃瓶或塑膠瓶，類似空的飲料罐子也可以，在每個瓶子中都加入少量相同的黏性液體，問學生他們要如何控制瓶中的液體跑得更快或減慢？相關的建議可能會有：改變液體溫度；加入一些固體顆粒，像是沙子…等；用吸管吹入氣體。透過實驗來證明學生的點子，如果他們想要測試溫度是影響流動速率快慢的因子，我們可以把容器沉浸於一系列不同溫度的水中來檢測。觀察黏性的比較，我們可以將容器同時間倒置，觀察液體漸漸擴散流動的情形，看看哪個瓶子內的液體最快流到瓶頸的末端。接著詢問學生何種岩漿是由何種火山所爆發流出，透過圖片的比較，幫助學生理解火山形狀接近比較陡峭的圓錐體，熔岩比較黏，流動較慢；較淺且平坦的火山，熔岩可以流動的比較快。

教案
標題: 看它們怎麼跑？
副標題: 探究為何有些熔岩流動的比其他來的快且遠。
主題：利用學生的建議，探究影響熔岩黏性的因子。
適用年齡: 10 – 16 歲
所需時間: 20 分鐘

學習目標: 學生可以:
• 解釋液體流動的速率可能由許多變因控制，包含溫度或液體中是否含有固體顆粒和氣體。
• 解釋黏性低的液體可以流動的比黏性較高之液體來的快且遠。
• 領會察覺熔岩中包含液體、氣體、固體。
• 明白高黏度的熔岩，熔岩的流動較不自由。

內容:
這個探究可以用來幫助學生強化物理理論；可以幫助學生理解不同火山會造成不同地形，另外也幫助學生理解民眾在面對火山爆發，欲設法降低火山爆發帶來的傷害時可能會遇到的問題。

接續活動:
學生可以研究歷史曾經發生的火山爆發和它們帶來的影響，兩個建議比較的相反火山類型有：夏威夷的Kilauea火山和Mount St Helen’s火山。

基本原則：
•岩漿或糖蜜這種黏液的黏性受到溫度影響，原則上，溫度越高，黏度越低。
•當火山爆發時，熔岩流動攜帶的固體粒子越多，熔岩的黏度就會變得更高。
•熔岩中的氣體分子會讓黏度降低，因此也可以讓熔岩流動得更快更遠，如果氣體分子被堵塞在已經凝固的熔岩後，此時很有可能會造成火山爆發，很有潛力使結果成為一場災難。
•岩漿的化學組成是影響黏度主要因素，大部分是二氧化矽所組成，如果和元素鐵跟鎂比較起來，岩漿中含有較多的矽元素會使黏度提高。
•低黏度的岩漿流動可以有幾公里遠，流動後形成的火山外型較低；高黏度的熔岩流動容易形成陡峭的火山地形，此種火山爆發，易生災難， 噴出的火山灰也會覆蓋整個區域。
•我們沒有辦法去模擬糖蜜的化學組成改變。

建立思考技能：
•理解黏度和變因之間的關係，像是熔岩黏度與溫度間的關係。
•將探究的結果連結到真實生活中的火山活動。

實驗器材清單：
•三個相同的小型塑膠或玻璃有蓋容器。（如果在實驗室中可以使用燒瓶）
•無害的黏性液體，必須是黏性會受到溫度影響的。像是糖蜜、楓漿、洗髮精。
•準備可以讓容器沉浸其中的加熱方式或熱水浴。
•碼錶或有秒針和計時功能的手錶。
•少量乾燥的沙子。
•吸管或窄管
•溫度計

來源：
1. Lava in the laboratory: the treacleinvestigation, in ‘The Dynamic Rock Cycle’ on the Earth Science Education Unit
網址：http://www.earthscienceeducation.com