火山岩浆毁灭地球的力量？(组图)

随着火山爆发，岩浆激烈奔腾。（Gettyimages供图）

　　黄石国家公园建于1872年，是美国第一个国家公园，这里特有着温泉、泥泉等地热景观。（CFP供图）

　　地球构造图,它由固体、液体和气体物质按照一定的分布顺序组成。（CFP供图）

　　2009年12月26日，菲律宾马荣火山喷发出大量火山灰、蒸汽和岩浆，4.7万民众被迫撤离。（CFP供图）

马荣火山口白烟缭绕，岩浆外流。（CFP供图）

　　策划：赵洁

　　撰文：金叶

　　实习生：郭菲薇

　　如果你看过电影《2012》，并且对美国黄石公园里岩浆上涌的场景记忆犹新的话，那么最近的一条科学新闻或许会引起你的关注：位于瑞士的苏黎世理工大学最近公布，他们测算出了地球深处的熔体上涌速度，比一些学者过去估算的大概快了25倍。这则新闻令我们担忧：这是不是意味着我们生活的星球，远比我们设想的更加危险呢？岩浆，这个在地表深处日夜奔腾的红色火焰，是否真的蕴藏着足以毁灭人类的巨大能量？

　　实验：为岩浆测速

　　岩浆比我们预想的跑得更快

　　2001年，瑞士苏黎世理工大学的麦克斯・施密特(MaxSchmidt)教授有了个新的想法：他想做一个实验，搞清楚岩浆究竟是如何上涌到地表的。

　　如果把地球看做是一个“大苹果”，那么它的“表皮”叫做地壳，分为陆壳和洋壳。其中陆壳的平均厚度是30多公里，洋壳的平均厚度是6公里。它的下面是厚度达到2900公里的“果肉”地幔，地幔的上层是软流圈，它大概位于地下几十公里至300公里的深处，这里正是岩浆生成的主要地方。

　　地缝开裂，岩浆奔腾――这是电影中火山爆发时常见的一幕，然而地壳的下面并非就是奔涌的岩浆。实际上，软流圈也是一个以固体为主的世界，但少量熔点比较低的物质在这里呈现液态。“它们就仿佛是海绵里的水滴。”美国伍兹霍尔海洋研究所资深研究员林间博士这样形容。因密度差的缘故，液态的熔体会逐渐向上部渗透流动。它们会在某个接近地表的位置聚集，形成岩浆房。随着岩浆汇聚，岩浆房的压力不断增加，一旦这一压力大到岩浆房无法承受，顶部的地壳就会开裂，火山爆发就会发生了。

　　在火山爆发的过程中，岩浆向上喷射的力度有时候十分迅猛，但是在深深的地下，岩浆汇聚的过程却是长期的。在2010年之前，科学家们的认识有很大差异，很多人认为，岩浆要想突破厚重的地幔，大概需要几十万年的时间，也有人认为只需要几千年。

　　如何解决这些争论？钻到软流圈里去看一下吗？人类目前最强悍的钻孔也只能向下钻探12公里，连“苹果”的“表皮”也没有钻透，更别提对“果肉”一窥究竟了。何况，就算是到了软流层，岩浆生成的漫长过程，也完全超出了人类的观察能力。那么，能不能在实验室里模拟出软流层里的岩浆活动情形？

　　施密特教授最终想出了一个绝妙的办法。他找到一家专门生产制糖和洗衣用的离心机的公司，请他们为自己定制了一个直径2米左右的大型离心机，这台离心机的转速达到每分钟2800次，形成3000倍于地球重力的离心力。在实验里，它将代表一个加速运转的“地球”。

　　这台离心机被安放在苏黎世联邦理工大学地质系的地下室里，因为它实在太吵了，全速运转时，它产生的音量是120分贝。“我就好像是在快要起飞的飞机下干活。”施密特教授说。离心机的外圈速度可以达到850千米/时，如果你按下关机键，最少要等1个小时，这个“地球”才会停止运转。

　　施密特教授找来一些橄榄石，软流圈的三分之二是由这种矿物组成的，它们将在实验中代表被岩浆突破的地面；洋中脊的玄武岩样本，则成为岩浆的替代品――洋中脊是大洋深处蔓延的海底山脉，也是地球上最长、最大的岩浆作用带。这里火山喷发频繁，洋脊处裸露在外的玄武岩，正是喷薄而出的岩浆冷却固化所形成。

　　最后，施密特教授将离心机加热至1300摄氏度的高温，并且施加十亿帕斯卡的高压――模拟地下深处的情形。一切具备之后，他加速离心机。在这个高速运转的“星球”里，玄武岩逐渐融化，仿佛地下的岩浆形成的过程，它慢慢地对覆盖在它之上的橄榄石岩施加压力。岩浆通常活动在地表以下几十到一百多公里的地方，按照以往的估计，岩浆要突破地幔层，奔涌到地表上来，往往需要花费几十万年的时间。但是根据施密特的实验，这一过程似乎只要经过几千年就可以完成了。“以前我们认为，那些从火山中喷出的岩浆来自冰河纪，现在看来，这些岩浆仅仅来自法老时代！”

　　危机：“超级火山”何时苏醒？

　　孙卫东博士表示，施密特教授的试验中，重点关注的是板块扩张之处洋中脊的岩浆形成情况。那里虽然火山频发，但那里的火山是性情最为温和的一群。“地球上威力最大的是‘地幔柱头’形成的大火山岩喷发事件。它不轻易发作，通常几千万年才喷发一回，但每次都是地球上所有生命的一场浩劫。”

　　电影《2012》中反映的美国黄石公园的火山爆发就是属于此类。黄石公园位于一个直径65公里的大坑里，而这个大坑正是几百万年前一个小的地幔柱火山爆发时留下的“破火山口”。直到今天，这里的地下仍旧活跃着一个巨大的“岩浆房”，没有人知道，那带有毁灭力量的岩浆，将在何时奔涌而出。

　　地球并不比过去更危险

　　这一实验结果面世的时候，正值电影《2012》造成的“末日预言”效应在世界范围内方兴未艾，人们仍旧记得电影里岩浆上涌时的恐怖场景。

　　巧合的是，关于火山爆发的新闻一时之间也多了起来：2009年的圣诞节，菲律宾阿尔拜省黎加斯比市马荣火山开始喷出岩浆；2010年1月1日夜间，非洲刚果(金)东部北基伍省的尼亚穆拉吉拉火山开始爆发；2日晚，哥伦比亚东南部的加莱拉斯火山爆发；在同一天，印度洋法属留尼旺岛上的火山被发现喷涌出大量岩浆……人们很自然地将施密特教授的研究成果和这些“频繁”的火山事件联系到一起：岩浆上涌的速度增快了那么多，我们脚下的地球是不是越来越不安全了？

　　中国科学院广州地球化学研究所的孙卫东博士在接受本报记者采访时说，施密特教授的实验意义虽然很重大，但是中国部分媒体对其却存有很大的误读。“岩浆的速度并没有加快，只是之前很多人低估了它上涌的速度而已。”

　　地球不会因为我们更了解它的本来面目而变得更危险。“这就好像在发明显微镜之前，我们人类不会知道一个苹果上面会有那么多的细菌。显微镜让我们看清了这一点，但苹果还是过去的那个苹果。”中国科学院南海研究所研究员孙珍说。

　　事实上，洋中脊的岩浆喷发是一个常态的过程，这种持续、小规模的岩浆喷发恰恰不容易造成巨大的灾难。“岩浆纵使具有冲破地壳的能量，造成的最大规模的地震通常也不会超过6级。有的岩浆蕴含的能量较小，根本无法突破地壳，只能在深深的地下逐渐冷却，以侵入岩的形式凝固成固体状态――很像是在一辆非常拥挤的公车上，一个人纵有天大的本事，也很难蹦起来一样。岩浆在地下受到非常多力的制约，大多数情况下，它并不是一匹不受制约的野马。”孙珍说。

　　根据过去200年的记录，全球的火山活动的增长曲线确有明显的“高峰和山谷”。但是巧合的是，火山活动两个最大的低谷正好是两次世界大战期间。这让人不禁怀疑，所谓的“高峰”，也只不过是当时的人们有更多的闲暇去记录和关注火山喷发而已。与之相对应，喷发物多于0.1立方千米的火山活动曲线一直没有明显的增长或减少趋势。因为这些规模较大的火山喷发，总是很难逃过人们的注意。

　　地球学家们普遍认为，迄今为止，已获证实的活火山在过去40年来的活动频率十分稳定。

　　不过，如果这使你感觉到高枕无忧，那还是有点为时尚早。

　　黄石公园的巨型“岩浆房”

　　板块扩张和板块沉潜的部分是非常容易爆发火山和地震的地方。但是很长时间里，不少科学家曾为一件事情迷惑不解：为何在一些十分安全的板块内部也会有火山――并且是“超级火山”――活动过的迹象。

　　太平洋中夏威夷群岛的火山岛链，仿若一条“项链”一样突兀地出现在太平洋板块的中心。它们为何会出现在这样一个“稳定”的区域？1963年，加拿大地球物理学家威尔逊（J・TuzoWilson）注意到一个细节：这8个成链状分布的火山岛，从西北向东南方向，依次一个比一个年轻，而火山的活跃程度也依次递增。

　　威尔逊设想，地幔中可能存在着一个高温区，它的位置相对板块而言更加稳定，当板块在它头顶漂浮而过的时候，这个“热点”就会把它对应的部分熔化成岩浆，在地壳下形成岩浆库，再由此产生火山爆发，就好像给上面的板块烧出个“窟窿”。随着板块向前推移，已经形成的“窟窿”跟着前移，于是在与热点对应的新的位置，先前的一幕不断重演。夏威夷的8个火山岛就是被地幔中的这个“热点”烧出的8个窟窿眼。位于地幔当中的这个“热点”就是地幔柱。随后的研究发现，地幔柱可能起源于2900公里深的核幔边界。“地幔柱”假说目前仍然是地球科学界一个研究热点。

　　目前，世界上一共发现了30多个地幔柱，有一些目前还在活动，如冰岛、夏威夷等地。最为著名的一个便位于黄石公园。黄石公园脚下的这个“热点”，下达200多公里的地幔深处，上至接近于地面的位置，不啻为一根超级“热柱”。它源源不断地向上输送热能，在地壳下形成一个80公里长，40公里宽，8公里深，比三个纽约还要大的巨形“岩浆房”。

　　如果这个岩浆库爆发，那简直是难以想象的可怕。“首先，你根本无法走到离它1000公里以内的地方。并且地球上的每一个人都会受到影响。”伦敦大学本费尔德灾害研究中心（BenfieldHazardResearchCenter）的比尔・麦奎尔教授（BillMcGuire）说。英国气象部门的模拟实验显示，黄石公园的超级火山“复活”释放的能量，相当于每秒一千个原子弹同时爆炸。火山灰不仅会覆盖绝大部分的美国国土，还会跨过大西洋到达欧洲大陆。更可怕的是，火山喷发的硫磺物质将会进入恒温层，导致全球气温下降13~15°C不等。位于高纬度区的美国、欧洲将全年积雪，低纬度东南亚一带的季风也会消失，干旱和严寒会将全世界拖入绝望的境地，没有谁可以幸免。火山喷发释放的有毒气体会严重影响地球上各种生物的安全。

　　平静中孕育危机？

　　黄石公园的破火山口，第一次喷发是在1650万年前，自那之后，它一共喷发了100多次，最近一次火山活动开始于64万年前。从7万年前至今，火山口再未爆发过。但毫无疑问，地下的岩浆活动仍处于活跃状态。

　　黄石公园特有的间歇泉、温泉、泥泉等地热景观，正是地下的岩浆房在持续作用的证据。同时，这里还是地震高发区。“大概一年会有1000~3000次地震。”美国地质调查局黄石火山观察台（USGSYellowstoneVocanoObservatory）的杰克・罗文斯托恩（JakeLowenstern）说。很明显，这么多的地震活动和岩浆活动不无关联。不断积聚的岩浆会为自己寻找出路，它们试图“推开”阻碍它们的岩石，由此引发地震。不过这些地震通常较弱，有时甚至无法被感觉到。

　　从某种程度上来说，能成为火山爆发“预警信号”的一切现象差不多都在黄石公园具备了，它们频繁出现，甚至到了让人司空见惯的地步。“地质监测结果显示，黄石地区维持这种状态已经差不多1万年了。但是我们没有从这些地表变形、地震或者气体的流溢中看出黄石即将有火山爆发的异常动态。”杰克・罗文斯托恩表示。

　　判断火山是否要喷发，最重要的是观察岩浆库的变化。“要有新的岩浆的加入，才可以引发大爆炸。”英国布里斯托尔大学（UniversityofBristol）的斯蒂芬・斯帕克教授（ProfessorSteveSparks）说。黄石公园提供的资料显示，公园脚下的岩浆房虽然庞大，但并非为蓄势待发的岩浆所填满。事实上，这里只有10~30%的物质是液体的岩浆，其余大部分则是坚固而滚烫的岩石。虽然监测机构一直在密切监控，但是迄今并无信号表明，有额外的岩浆在向岩浆库聚集。有学者认为，岩浆库奔涌到地表的火山通道目前已经被固结的熔岩充填。岩浆要想冲到地面上来，恐怕还得加把劲才行。

　　犹他大学的地理学者鲍勃・史密斯很怀疑超级火山是否还会喷发。“黄石公园的热点在过去大部分时间里都是在美国西部的盆地和山脉区形成破火山口。而今我们有落基山脉这个强硬粗厚得多的地壳抵挡地下热点的爆发。”他说。“我想，火山系统多多少少会具有平衡自身的能力――当然，这个解释不算严谨，在‘法庭’上是站不住脚的。”

　　但因此就盲目乐观似乎还太早，毕竟，岩浆仍旧还在那里。“从历史记录来看，这里每隔2万~3万年就会有一些小爆发，可是现在已经7万年没有像样的‘动静’了。这代表有些早就该发生的事情一直没有发生……不仅在黄石公园，在世界的任何地方，都可能会有‘超级火山’爆发。这样的事情在地球上不止一次地上演过，它没有理由因为人类的出现就中止。”比尔・麦奎尔教授表达了他的担忧。

　　超级火山究竟会不会爆发？许多人在黄石公园的网站上留言，询问这个永恒的问题。而地球专家们并未给出一个明确的答案：“超级火山的喷发在未来的几个世纪都不太可能发生……从概率上推算的话，我们每个人在一生中碰上这种灾难的可能性只有0.00014%，几乎和小行星撞地球的概率是一样的……不过，灾难性的地质事件不是按照概率学发生的，它们通常无法预见。”

　　说到底，没有人能够为地球会在何时发一次“大脾气”打包票，哪怕是资深的地球学家。“这样的灾难有可能发生在明天，也有可能发生在几千年之后。如果我这辈子可以亲眼见证这一灾难，我一点儿都不吃惊；同样，如果没有碰到，我也不会惊讶。”比尔・麦奎尔教授说。

　　（来源：广州日报）(本文来源：广州日报)