超級(jí)火山的“羅塞達(dá)石”
（注:羅塞達(dá)石原本是一種解釋古埃及象形文字的可靠線索，在這里借指火山活動(dòng)的線索)
科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)了超級(jí)火山的“羅塞達(dá)石”，這些由罕見的大規(guī)模火山爆發(fā)所造成的地球表面的“大麻子”表明了自然界中一系列最嚴(yán)重的“暴力事件”。爆發(fā)區(qū)域會(huì)產(chǎn)生大規(guī)模的破壞，甚至?xí)l(fā)全球范圍的氣候和環(huán)境變化。
一個(gè)古老的超級(jí)火山在意大利阿爾卑斯山塞西亞谷被南方衛(wèi)理公會(huì)大學(xué)的地質(zhì)學(xué)教授James E. Quick領(lǐng)導(dǎo)的研究小組發(fā)現(xiàn)。這一發(fā)現(xiàn)將推動(dòng)人們對(duì)超級(jí)火山的進(jìn)一步認(rèn)識(shí)，這和美國(guó)的黃石火山一樣。美國(guó)黃石火山是世界上第二大超級(jí)火山，最后一次爆發(fā)發(fā)生在63萬(wàn)年前。
超級(jí)火山的深部通道
一項(xiàng)新的研究報(bào)道了這一發(fā)現(xiàn)，塞西亞谷第一次向我們展示了超級(jí)火山從地表到巖漿源的實(shí)際“通道”，該通道揭示了巖漿穿過地殼移動(dòng)的軌跡和路徑，達(dá)到了前所未有的深度：25公里。
超級(jí)火山的噴發(fā)
超級(jí)火山，在歷史上形成的火山口，如同巨大的隕石坑，其直徑可以達(dá)到幾十公里。引發(fā)火山噴發(fā)主要是源于巖漿內(nèi)氣體的爆炸性釋放。
火山的爆發(fā)可以產(chǎn)生數(shù)百立方千米的火山灰。每隔數(shù)十萬(wàn)年就會(huì)有噴發(fā)。超級(jí)火山的熔巖和火山灰擴(kuò)散的距離非常廣闊?？茖W(xué)家認(rèn)為，在過去不同的時(shí)期，它們的活動(dòng)可能引發(fā)了災(zāi)難性的全球變冷。
意大利塞西亞谷的火山口在二疊紀(jì)爆發(fā)過，科學(xué)家說。該火山口的直徑超過了13公里。
巖漿和爆炸性火山
“能夠看到地殼巖漿噴發(fā)通道的全貌，這是個(gè)新發(fā)現(xiàn)，”美國(guó)地質(zhì)調(diào)查火山危害領(lǐng)域的負(fù)責(zé)人Quick說，“現(xiàn)在我們要開始運(yùn)用這一發(fā)現(xiàn)，希望了解影響火山噴發(fā)的基礎(chǔ)過程：大爆發(fā)之前巖漿存儲(chǔ)于何處？噴發(fā)爆炸的深度在哪里？”
塞西亞谷的巖漿通道給我們提供了一個(gè)前所未有的模型，用以解釋地球物理剖面和火山口下的巖漿過程。而且，它還給了我們一個(gè)直接的證據(jù)，證實(shí)了地殼運(yùn)動(dòng)和地表火山之間的因果關(guān)系。
火山噴發(fā)預(yù)報(bào)
“這可能會(huì)促進(jìn)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)更好地解釋，并改進(jìn)對(duì)火山噴發(fā)的預(yù)測(cè)”，報(bào)道這項(xiàng)發(fā)現(xiàn)的文章第一作者Quick說，“我們要更好地理解火山噴發(fā)前的警報(bào)信號(hào)，以便我們能夠改進(jìn)預(yù)警，避免假警報(bào)。”
破火山口，通常表現(xiàn)出地震和熱液活動(dòng)的高發(fā)性，這表明了地表以下的流體運(yùn)動(dòng)。
罕見的火山解剖
迄今為止，科學(xué)家只研究了該火山通道從地表到深部5公里的范圍，因此，獲得的地球物理數(shù)據(jù)和噴發(fā)巖石的分析是有限的。Quick將這比喻成第一次看到人體的骨骼和肌肉。“我們稱塞西亞谷為超級(jí)火山的‘羅塞達(dá)石’，是因?yàn)檫@些巖石的暴露能夠幫助我們把地球物理數(shù)據(jù)和地質(zhì)現(xiàn)象聯(lián)系起來(lái)，這是一個(gè)非常難得的亮點(diǎn)。”
其他的超級(jí)火山
英國(guó)的研究人員在10年前提出了“超級(jí)火山”一詞?？茖W(xué)家們已經(jīng)統(tǒng)計(jì)出20多處曾在過去100萬(wàn)年里爆發(fā)過的超級(jí)火山。
除了黃石之外，還有些較大的火山噴發(fā)，如印尼蘇門答臘島的多巴湖在74000前噴發(fā)，被認(rèn)為是在過去25億年里地球上最大的火山爆發(fā)。這是一次嚴(yán)重的氣候變化事件，據(jù)估計(jì)，多巴湖的噴發(fā)導(dǎo)致了大約60％的人類死亡。
另外一個(gè)，美國(guó)加利福尼亞的長(zhǎng)谷超級(jí)火山，目前仍在活動(dòng)。76萬(wàn)年前曾經(jīng)爆發(fā)，噴發(fā)出600立方千米的火山灰，火山灰籠罩著美國(guó)西南部，從加利福尼亞州向西一直延伸到內(nèi)布拉斯加州。
“地球上將會(huì)再次發(fā)生超級(jí)火山的噴發(fā)，”Quick說，“但我們不知道會(huì)是在哪里，塞西亞谷能夠幫助我們預(yù)測(cè)下一個(gè)事件。”
塞西亞山谷位于意大利西北部阿爾卑斯山脈
（地圖由Geology.com和MapResources提供）
美國(guó)地質(zhì)勘探局的地圖顯示了黃石火山的火山口大小
黃石火山噴發(fā)示意圖（圖片來(lái)源：美國(guó)地質(zhì)勘探局）
超級(jí)火山
超級(jí)火山是指能夠引發(fā)極大規(guī)模爆發(fā)的火山。雖然對(duì)于爆發(fā)規(guī)模沒有嚴(yán)謹(jǐn)?shù)慕缍?，但極大規(guī)模爆發(fā)都以瞬間改變地形，瞬間改變?nèi)蛱鞖饧?/span>全球性的生命災(zāi)難。名字源于英國(guó)廣播公司的著名科學(xué)節(jié)目Horizon在2000年提及各類型爆發(fā)規(guī)模時(shí)節(jié)目監(jiān)制所創(chuàng)作出來(lái)的。
黃石國(guó)家公園是美國(guó)最大、最著名和建立最早的國(guó)家公園，公園面積9000平方千米，大部分是開闊的火成巖高原地形。公園內(nèi)部地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜，曾發(fā)生過強(qiáng)烈的火山活動(dòng)，地面大面積覆蓋著熔巖，地殼至今仍不穩(wěn)定。公園中溫泉和熱泉隨處可見，每年吸引了大批游客到此觀光。
由于黃石國(guó)家公園火山活動(dòng)比較頻繁，因此這里也吸引了火山學(xué)家的關(guān)注，他們很早就發(fā)現(xiàn)了公園內(nèi)火山口的一個(gè)奇怪現(xiàn)象，但是直到最近，才做出了科學(xué)的解釋。
環(huán)形山谷之謎
在黃石地區(qū)還沒有建立公園時(shí)，火山學(xué)家就在這里發(fā)現(xiàn)了大量的環(huán)行山谷。這些山谷直徑約30千米至60千米，深幾千米，很像破火山口的形狀。處于火山口下方的熔融的巖漿房（地下儲(chǔ)存巖漿的空間）排空后，上方的地面塌陷下去，就形成了破火山口。如此多的環(huán)行山谷，似乎表明這里經(jīng)常有小型的火山噴發(fā)，每一次形成一個(gè)這樣的山谷。
然而，早期的研究者發(fā)現(xiàn)，這些山谷坐落在地球上規(guī)模最大的火山巖沉積的附近，而且火山熔巖是一次單獨(dú)的火山噴發(fā)事件形成的。從熔巖的體積估算，他們眼前的火山噴出物比人們熟悉的1980年圣海倫斯火山噴發(fā)后形成的火山巖還要大幾百甚至幾千倍！通過估算噴發(fā)物質(zhì)的體積，研究者發(fā)現(xiàn)，火山之下的巖漿房一定也是超級(jí)龐大的。但是，一次如此猛烈的超級(jí)噴發(fā)，應(yīng)該形成一個(gè)超級(jí)巨大的火山口。為何這里卻形成了許多小型的環(huán)行山谷呢？
超級(jí)火山現(xiàn)身
答案要到地下去尋找。眾所周知，地幔厚達(dá)2900千米，被熔融的外地核和相對(duì)很薄的外層地殼夾在中間?；鹕綄W(xué)家發(fā)現(xiàn)，在黃石地表之下，有從地幔向上涌的粘性巖石的漂浮羽狀物即地幔上羽柱，北美板塊正在它的上面移動(dòng)。上羽柱如同一只巨大的酒精燈，這一所謂的熱點(diǎn)熔化了覆蓋在上面的大量的地殼巖石，產(chǎn)生的巖漿則聚集在地下的巖漿房中。
在上面巖石的巨大重壓下，隨著時(shí)間推移，巖漿房里逐漸聚集了更多的巖漿，壓力由此產(chǎn)生了。當(dāng)受壓的巖漿托頂上面的地殼，使地殼破裂，產(chǎn)生垂直延伸到地面的裂隙時(shí)，一次超級(jí)噴發(fā)就誕生了。一股股的巖漿沿著新出現(xiàn)的裂隙噴涌而出，最終形成一個(gè)環(huán)形的噴發(fā)口群。當(dāng)這些噴發(fā)口彼此合并時(shí)，環(huán)狀中心巨大的地塊柱失去了支撐。這個(gè)堅(jiān)固的巖石“屋頂”墜下，要么整塊掉下去，要么碎裂成許多大石塊落下，填入下面巖漿留出的空位。就像四周墻壁倒塌的房屋屋頂下墜一樣，這種坍塌使環(huán)狀邊緣有更多的巖漿和氣體猛烈地釋放出來(lái)，從而形成了大量的環(huán)行山谷。
環(huán)行山谷的問題解決了，科學(xué)家的心中又涌起了一個(gè)新的問題。在過去的1600萬(wàn)年中，在黃石地區(qū)發(fā)生了多次超級(jí)噴發(fā)，這種超級(jí)噴發(fā)的規(guī)模遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于目前世界上的火山噴發(fā)規(guī)模。美國(guó)的圣海倫斯火山噴發(fā)是現(xiàn)代人經(jīng)歷的少數(shù)幾次大規(guī)?；鹕交顒?dòng)，形成的火山巖體積還不到0.5立方千米。而遠(yuǎn)古時(shí)形成環(huán)行山谷的噴發(fā)，規(guī)模大到難以想像。類似美國(guó)黃石國(guó)家公園級(jí)別的火山噴發(fā)地，在過去的200萬(wàn)年間，全球只有4處：美國(guó)懷俄明州黃石國(guó)家公園，加利福尼亞州長(zhǎng)谷，印度尼西亞蘇門答臘島多巴，以及新西蘭陶波。每次噴發(fā)都至少噴出了750立方千米的固體物質(zhì)，今天世界上的大規(guī)模火山噴發(fā)和遠(yuǎn)古的超級(jí)噴發(fā)相比，實(shí)在是不值得一提。
有超級(jí)噴發(fā)，就意味著有超級(jí)火山。幾乎所有的火山專家都同意，如果今天的地球上發(fā)生一次這樣的噴發(fā)，人類將難以承受這樣的打擊，從天而降的酸雨就會(huì)讓農(nóng)業(yè)崩潰。
超級(jí)火山的威力
假如發(fā)生了超級(jí)火山爆發(fā)，火山灰和噴出的氣體將會(huì)進(jìn)入大氣層中，造成全球性的火山冬天。
英國(guó)有科學(xué)家用計(jì)算機(jī)做過模擬試驗(yàn)，如果黃石公園超級(jí)火山爆發(fā)，3~4天后，大量的火山灰就會(huì)跨過大洋到達(dá)歐洲大陸。模擬預(yù)示了美國(guó)3/4國(guó)土將受到影響。最大的危險(xiǎn)在方圓1000公里的地區(qū)內(nèi)，這里90%的人口無(wú)法幸免于難。大部分人會(huì)因?yàn)槲M(jìn)的火山灰在肺里固化而死亡。美國(guó)的東海岸也會(huì)覆蓋1厘米厚的火山灰。
在歐洲，更大的危害是無(wú)法預(yù)測(cè)的，因?yàn)檫@是火山灰形成的粉塵到處飄蕩。更大的影響是緊接而至的氣溫變冷。根據(jù)計(jì)算機(jī)的預(yù)測(cè)，地球年平均氣溫會(huì)下降10攝氏度左右，北極地區(qū)會(huì)下降12攝氏度左右。專家預(yù)測(cè)這樣的寒冷氣候會(huì)持續(xù)6到10年，然后才逐漸恢復(fù)正常。
地球上的超級(jí)火山
1.多巴超級(jí)火山（位于蘇門答臘島）
2.黃石超級(jí)火山（位于美國(guó)黃石公園正下方）
3.長(zhǎng)谷超級(jí)火山（位于美國(guó)加利福尼亞東部中心長(zhǎng)谷河谷）
4.陶坡超級(jí)火山（位于新西蘭）
5.瓦勒斯超級(jí)火山（位于美國(guó)新墨西哥州）
6.愛拉超級(jí)火山（位于日本南部的鹿兒島）
7.特納普超級(jí)火山（位于西伯利亞地區(qū)）
破火山口
破火山口（也稱火山臼）通常是由于火山錐頂部（或一群火山錐）因失去地下熔巖的支撐崩塌形成，是比較特殊的一種火山口。猛烈的爆發(fā)除了形成破火山口外，還使火山的高度大大降低。如坦博臘火山爆發(fā)，產(chǎn)生了一個(gè)直徑12公里的破火山口，并且海拔高度也隨之降低了1400米。外形為碗形的凹地，其直徑為數(shù)百米至數(shù)公里不等。著名的例子是美國(guó)黃石國(guó)家公園的黃石復(fù)式破火山口及日本的阿蘇火山。其英文名的語(yǔ)源為西班牙文Caldera，意指罐子或大鍋?zhàn)印?/span>
分類
依Howel Williams與T.A. Jaggar的分類法，可將火山臼形成原因分成三類
1. 噴發(fā)火山臼（Explorsion calderas）單純因噴發(fā)造成的火山臼
2. 沉降火山臼（Subsidence calderas）單純因沉降形成的火山臼
3. 復(fù)式火山臼（Composite calderas）由噴發(fā)后沉降所產(chǎn)生的火山臼
成因
火山臼的面積大，直徑通常達(dá)到數(shù)哩甚至數(shù)十哩；以往多認(rèn)為火山臼的成因是由于猛烈的火山噴發(fā)作用（超級(jí)火山）所形成，但新的研究顯示陷落才是主因。Howel Williams認(rèn)為部分鍋狀火口是純粹由火山爆發(fā)所形成，稱為噴發(fā)火山臼，不過這類的火口臼甚少且面積也較小。
無(wú)論火山的形狀為為何，最初的形成原因全都是由噴發(fā)作用開始，但是大量噴發(fā)之后導(dǎo)致火山錐下方空虛，引起火山錐頂陷落使得火山噴發(fā)口擴(kuò)大，進(jìn)而使得火山口的范圍更加擴(kuò)增，也因此許多火山臼都是先因噴發(fā)作用而后再由陷落導(dǎo)致的雙重作用所形成，也因此有學(xué)者認(rèn)為此說法應(yīng)該稱做“爆發(fā)陷落說” (Explosion-collapse theory)；另有少數(shù)火山臼可能是單純因沈降作用而成，在此沈降發(fā)生的前后并未伴隨發(fā)作用，例如夏威夷群島上的莫納洛亞火山口及吉?jiǎng)趤喕鹕?/span>口都是純粹因?yàn)?/span>巖漿柱往下方低降導(dǎo)致較上地層陷落而造成，也因此火山口周圍通常會(huì)發(fā)現(xiàn)斷層崖壁，并且逐漸層移使火山口周圍的崖壁陷落并擴(kuò)大，之后就形成大型的火山臼；而在沉降火山臼之中有一種較為特殊的形式，稱為鍋狀沉降（Cauldron subsidence），倘若有一塊接近圓形的巖塊沉落陷入巖漿穴當(dāng)中，使下方巖漿受到上方壓力而沿圓形周圍的裂隙垂直竄升，冷卻之后造成環(huán)狀巖墻，因此鍋狀的火山口通常伴隨著被被蝕的環(huán)狀巖墻構(gòu)造。
