210萬年兩次超級噴發，黃石火山“地下動力”之謎破解，登上《科學》

困擾學界多年的美國黃石超級火山成因，如今有了顛覆性新解。4月10日凌晨，國際學術期刊《科學》發表一項中國科學家領銜的重磅成果：通過高精度數值模擬，首次揭示黃石超級火山的形成并非源于傳統“地幔柱”，而是“地幔風”撕裂巖石圈、形成傾斜巖漿通道的結果。這為破解超級火山之謎提供全新視角。

不明就里的巖漿晶粥

超級火山是地球上威力最強的一類火山，單次噴發的固態物質體積可達1000立方千米以上，會對環境、氣候和人類社會產生巨大的影響。深入理解超級火山的運作機制對火山災害預警和保護人類文明有著重要意義。

以往研究認為，超級火山的動力來源是其下方地殼內的液態巖漿房——低密度巖漿逐步聚集到巖漿房內，并持續增加對圍巖的壓力，最終導致地殼發生大規模破裂、坍塌和巖漿噴發。論文通訊作者、中國科學院地質與地球物理研究所劉麗軍研究員說，但越來越多的研究發現，純液態巖漿房并不存在，超級火山的動力來源更可能是縱跨整個巖石圈的大型巖漿晶粥。

什么是巖漿晶粥？地球最外層的堅硬圈層被稱為巖石圈，當來自地球深部的液態巖漿與巖石圈的固體巖石混合時，即可形成粘度達液態巖漿數十萬倍的巖漿晶粥。不過，科學家對于巖漿晶粥的深部驅動機制一直不甚明了，這是當前超級火山機制研究所面臨的核心問題。

“地幔風”撕裂巖石圈

位于北美西部的黃石火山，在過去的210萬年內發生了兩次超級噴發，噴發量最高達到2500立方千米，是一座典型的超級火山。

過去數十年研究結果顯示，黃石超級火山的巖漿系統縱跨整個巖石圈，并且呈現隨深度增加向西南方向偏移的傾斜形態，顯著有別于傳統的垂直上升“地幔柱”模型。在這一系統中，巖漿長期以晶粥的形式存在，而富含液態巖漿的晶粥（即傳統意義上的巖漿房）應該僅在噴發前一小段地質時間內出現。

在此次研究中，研究團隊構建了完整的北美西部固體地球系統模型。根據該模型預測，位于北美中東部下地幔的古老法拉龍板塊的持續下沉，驅動了北美西部的軟流圈（位于巖石圈下方，受高溫變軟、可在地質尺度上流動）快速向東漂移，形成“地幔風”。

論文第一作者、地質地球所曹澤斌博士解釋，這股“地幔風”在穿過黃石火山下方狹窄的大陸巖石圈通道時，對上覆巖石圈施加了東向推力，與當地巖石圈密度結構產生的西向拉力共同作用，“撕裂”了該處的北美大陸巖石圈，形成了一條傾斜向上的貫穿巖石圈的虹吸通道。

“巖漿沿著這個虹吸帶像爬樓梯一樣上涌、遷移，并在過程中不斷演化，最終形成了黃石火山下方巖漿系統的形態。”劉麗軍說，模型預測的巖漿系統與多種地球物理、地質和巖石地球化學觀測相吻合。

據悉，該研究為理解黃石超級火山提供了全面的地球動力學約束，上述機制可能廣泛適用于其他活躍的火山，例如位于我國東北的鏡泊湖火山、位于東南亞的多巴火山、位于俄羅斯遠東的勘察加火山群和位于南美的阿爾蒂普拉諾火山等。