4月10日，我和同事在國(guó)際學(xué)術(shù)期刊《科學(xué)》上在線(xiàn)發(fā)表了關(guān)于超級(jí)火山的最新研究成果。

　　提到火山，相信每個(gè)人都不陌生。夏威夷的巖漿流淌、長(zhǎng)白山的壯美天池、富士山的皚皚白雪，都是地球賜予人類(lèi)的壯美奇觀(guān)。但風(fēng)景背后，火山其實(shí)是地球上最具破壞力的地質(zhì)力量之一。

　　尤其是超級(jí)火山，它的一次噴發(fā)，足以改變?nèi)驓夂颉⒂绊懮锶Φ拿\(yùn)，甚至在地球歷史上，多次和生物大滅絕事件緊密相連。

　　這是2025年4月8日在菲律賓內(nèi)格羅斯島拍攝的正在噴發(fā)的坎拉翁火山。新華社發(fā)（菲律賓火山地震研究所供圖）

　　火山噴發(fā)是有嚴(yán)格等級(jí)劃分的。按照噴發(fā)的固體物質(zhì)體積，我們從0級(jí)到8級(jí)分成九個(gè)等級(jí)，相鄰兩級(jí)的威力相差整整10倍。

　　0級(jí)噴發(fā)的體積不到1萬(wàn)立方米，就像最近夏威夷火山的噴發(fā)，規(guī)模很小，對(duì)人類(lèi)幾乎沒(méi)有威脅，大家甚至可以近距離拍攝、觀(guān)賞。但到了8級(jí)，也就是我們所說(shuō)的超級(jí)火山，噴發(fā)體積不少于1000立方千米。這個(gè)量級(jí)意味著什么？足以填滿(mǎn)7200萬(wàn)個(gè)標(biāo)準(zhǔn)游泳池。

　　人類(lèi)有記錄以來(lái)最強(qiáng)的坦博拉火山噴發(fā)，噴出了約150立方千米的物質(zhì)，僅僅是7級(jí)，就造成了全球無(wú)夏之年，超過(guò)7萬(wàn)人死于饑荒。可想而知，8級(jí)超級(jí)火山一旦噴發(fā)，帶來(lái)的是全球性、不可逆的巨大影響。

　　我們中國(guó)的長(zhǎng)白山，在公元946年左右發(fā)生過(guò)一次千年大噴發(fā)，規(guī)模就已經(jīng)接近8級(jí)。7萬(wàn)年前印尼多巴火山的超級(jí)噴發(fā)，更是讓人類(lèi)幾近滅絕。2.5億年前二疊紀(jì)末期的西伯利亞超級(jí)火山噴發(fā)，直接讓地球上超過(guò)90%的海洋物種徹底消失。

　　這些威力驚人的超級(jí)火山，到底是怎么形成的？

　　經(jīng)過(guò)幾代科學(xué)家的努力，我們慢慢發(fā)現(xiàn)，答案不在地表，不在淺層地殼，而在我們腳下數(shù)百甚至上千公里的地球內(nèi)部。

　　很多人以為，地球內(nèi)部就是堅(jiān)硬不動(dòng)的石頭，其實(shí)完全不是這樣。地球是一個(gè)充滿(mǎn)活力的星球，不僅地表的地貌、氣候在不斷變化，地下深處也一直在緩慢而持續(xù)地運(yùn)動(dòng)。

　　地球內(nèi)部的溫度，會(huì)隨著深度不斷升高，巖石在高溫下會(huì)像糖漿一樣慢慢流動(dòng)，溫度降低又會(huì)變得堅(jiān)硬�；谶@個(gè)特點(diǎn)，我們把地球表層到數(shù)百公里深處又冷又硬的部分叫作巖石圈；它下方高溫、可以緩慢流動(dòng)的部分，就是軟流圈。

　　通過(guò)分析超級(jí)火山噴發(fā)的巖漿化學(xué)成分，我們已經(jīng)確定，大部分超級(jí)火山的巖漿，都起源于軟流圈物質(zhì)的熔融。那么，問(wèn)題來(lái)了：第一，軟流圈為什么會(huì)大規(guī)模熔融？第二，這些巖漿怎么穿透堅(jiān)硬的巖石圈到達(dá)地表？

　　為了找到答案，我們選擇了全世界最受關(guān)注的超級(jí)火山——北美黃石火山作為研究對(duì)象，用計(jì)算機(jī)做三維建模，模擬地下軟流圈的流動(dòng)和巖石圈的變形，一點(diǎn)點(diǎn)揭開(kāi)它的秘密。

　　在很長(zhǎng)一段時(shí)間里，科學(xué)界對(duì)黃石火山有一套固定的解釋。大家認(rèn)為，黃石是地幔柱在地表的表現(xiàn)。

　　地幔柱就像一根從地核頂部垂直上升的熱煙囪，把高溫物質(zhì)帶到軟流圈，加熱巖石形成大量巖漿，巖漿像沸水的氣泡一樣往上涌，在地殼里形成一個(gè)巨大的液態(tài)巖漿房，壓力不斷積累，最終撐破巖石，發(fā)生超級(jí)噴發(fā)。

　　這個(gè)模型簡(jiǎn)單直觀(guān)，也被寫(xiě)進(jìn)了很多教科書(shū)和紀(jì)錄片里。

　　但我們的最新研究結(jié)果，完全推翻了這個(gè)傳統(tǒng)認(rèn)知。

　　我們發(fā)現(xiàn)，黃石下方確實(shí)有高溫地幔，可根本不存在一個(gè)充滿(mǎn)熔體的巨型巖漿房。真實(shí)的地下結(jié)構(gòu)，更像一張蜘蛛網(wǎng)，是細(xì)密分布的巖漿脈絡(luò)，從地殼一直傾斜向下連通到軟流圈頂部。這也就意味著，傳統(tǒng)的液態(tài)巖漿房和地幔柱模型，并不符合黃石地下的真實(shí)情況。

　　既然不是地幔柱，那黃石的巖漿到底來(lái)自哪里？又是怎么運(yùn)移到地表的？經(jīng)過(guò)反復(fù)模擬和分析，我們找到了一個(gè)完全意想不到的答案：一股來(lái)自地球深處的“地幔風(fēng)”。

　　圖示為北美下方復(fù)雜的地幔流場(chǎng)和驅(qū)動(dòng)機(jī)制。古老俯沖板片驅(qū)動(dòng)的東向“地幔風(fēng)”，在黃石下方形成了減壓熔融區(qū)。這一發(fā)現(xiàn)揭示了黃石超級(jí)火山形成的新機(jī)制。（作者供圖）

　　在北美中東部地下一千多公里的深處，有一塊又冷又重的古老地幔區(qū)域，我們叫它法拉龍殘余板片。它是上億年前古老大洋板塊俯沖進(jìn)入地幔形成的，一直在緩慢下沉。

　　它下沉的過(guò)程，就像一只巨手向下拖拽，帶動(dòng)上方的地幔發(fā)生大范圍匯聚流動(dòng)，連千里之外黃石下方的軟流圈，都被整體拉扯著向東移動(dòng)。這個(gè)原理和空氣流動(dòng)形成風(fēng)一模一樣，所以我們形象地稱(chēng)之為“地幔風(fēng)”。

　　這股看不見(jiàn)的地幔風(fēng)，吹到黃石下方時(shí)，遇到了一堵“墻”。

　　黃石西部的巖石圈很薄，只有60公里左右，可到了黃石正下方，巖石圈突然增厚到上百公里。淺部的地幔風(fēng)被擋住，深部的地幔風(fēng)依舊向東流動(dòng)，一堵一拉之間，這片區(qū)域的壓力急劇降低。

　　就像高原上水的沸點(diǎn)會(huì)降低一樣，地幔巖石在壓力降低時(shí)，熔點(diǎn)也會(huì)大幅下降，從而大規(guī)模熔融，產(chǎn)生海量巖漿。

　　這個(gè)過(guò)程叫作減壓熔融，以往我們只知道它通常發(fā)生于持續(xù)擴(kuò)張的大洋中脊下方。而這一次，我們第一次用計(jì)算證明，穩(wěn)定的大陸下方也能出現(xiàn)這樣的現(xiàn)象。

　　巖漿怎么穿過(guò)堅(jiān)硬的巖石圈？答案還是地幔風(fēng)。

　　這股向東的地幔風(fēng)，給深部巖石圈施加了向東的推力，而黃石西側(cè)巖石圈更薄、密度更小，又產(chǎn)生了向上和向西的延展力。一推一拉，就像兩只手反方向撕開(kāi)一張紙，黃石下方的巖石圈被硬生生撕開(kāi)一個(gè)傾斜向上的“裂縫”。

　　這道裂縫，由無(wú)數(shù)微小裂隙連接而成，形成了天然的虹吸通道，讓深部巖漿可以持續(xù)不斷地向上爬升，進(jìn)入地殼，為超級(jí)火山提供穩(wěn)定補(bǔ)給。

　　也就是說(shuō)，從巖漿誕生，到穿越巖石圈，再到慢慢聚集成長(zhǎng)，黃石超級(jí)火山的每一步，都是被這股地幔風(fēng)一手孕育出來(lái)的。

　　黃石超級(jí)火山下方巖漿生成與運(yùn)移過(guò)程和巖石圈“裂縫”成因示意圖。（作者供圖）

　　這是我們團(tuán)隊(duì)最核心的發(fā)現(xiàn)，也是地球科學(xué)對(duì)超級(jí)火山成因的全新解讀。

　　這項(xiàng)研究最讓我們興奮的地方，不只是解釋了黃石一座火山。我們相信，這套“地幔風(fēng)”形成機(jī)制，完全可以推廣到全球其他超級(jí)火山，比如長(zhǎng)白山、多巴火山等。

　　未來(lái)，我們會(huì)繼續(xù)用定量研究的方法，一步步揭開(kāi)更多超級(jí)火山的秘密。

　　地球科學(xué)的魅力就在這里。超級(jí)火山的形成原理，聽(tīng)起來(lái)復(fù)雜神秘，背后的物理規(guī)律卻并沒(méi)有超出我們中學(xué)課本的知識(shí)范圍。可正是這些簡(jiǎn)單的規(guī)律，在地球內(nèi)部牽一發(fā)而動(dòng)全身，塑造出我們腳下這個(gè)星球的萬(wàn)千景象。

　　我們站在地表，看到的是山川湖海、四季更迭。可在我們看不見(jiàn)的地下，上千公里深處，一股股緩慢而強(qiáng)大的“風(fēng)”，正在默默塑造著地質(zhì)歷史。這就是地球的神秘力量，也是我們一代代地球科學(xué)家，愿意不斷探索、不斷追問(wèn)的原因。（作者系中國(guó)科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所研究員劉麗軍）