超级火山”真相 “超级火山”（“super volcano”）不是一个科学名词，也并非隐匿不可知。火山凸出地面的部分虽已破坏，但残留下来的破火山口，仍是可以认识的。美国黄石公园这里，就查出了同一火山留下的三个破火山口。 一个完整的火山，不仅是有地面上的山体，还必定有和地下深处储存岩浆的场所（英文名称为magma chamber或 magma reservoir，中文通常译为岩浆库）相连接、输送岩浆来的通道，它们合起来成为一个火山机构。 我们现在在地球上看到的火山，都是它的喷出物环绕出口堆积而成的。喷出物中的固体碎屑含量愈多，堆成的山愈陡，但也有个限度，一般坡度不能大于30度，所以堆成了圆锥形；而随着火山锥堆的越来越高，位于中心的喷出口也相应升高和扩大，所以长白山的天池能占有那么高的位置，它就是个蓄有水的火山口， 火山口是大自然建造火山的产物，破火山口则是火山受到破坏的结果。 在大自然建造火山的过程中，各种自然力对火山的破坏作用已在发生，只是由于得到不断喷出的物质补充，所以能保持或增加它的高度，形成火山特有的形态，圆锥形是最典型的。 不过仅仅是风雨等外部力量的侵蚀，一座火山要破坏到在地面上消失的程度，需要很长的时间，但如火山爆发猛烈，可以在短暂的时间内，将原有火山锥部分甚至整个炸成齑粉，抛上天空；火山的高度因而被削减，乃至成为凹进地面下的大坑。如果喷出的结果使地下原来储存岩浆的场所被掏空，顶壁的岩层支撑不住因而塌落，凹陷的范围更为巨大，直径常有几千米，直至几十败饥纤千米，上下宽窄相差没有火山口那么显著，底部也比火山口的底部宽大平肢消缓，在西方语言中称它为“caldera”，源出于西班牙语“caldron”，本意是锅，西方人用的平底锅，其形相似，中文译作“破火山口”，用为地质学的专用名词。 火山口的大小和深浅都有限，一般直径不超过千米，深度不过二、三百米。其实也像口锅，不过是上大下小，中国式的尖底锅。 火山口规模小，一眼可以看全，特征也明显，比较好认识。但如带着火山口的印象去观察破火山口，就难以识别出来了。 陆地上的破火山口，从表面形象看起来不过是块为山丘峭壁环绕的洼地，因为面积大，在里面行走，难时庐山真面目。当然，在航空拍摄的照片上，一目千里，也还能看出个轮廓。 出现在海上的破火山口，常表现为一群环状分布的岛屿。（如下图所示，左为希腊东南的海中的散托临群岛，右为印度尼西亚爪洼岛与苏门答腊两大岛之间的一群小岛，它们都是破火山口出露海面这部分。前者是公元前11520-1450年间这里的火山大爆发造成的，后者是1883年喀拉喀托火山大爆发造成的。岛环中心的小岛，是后来火山再喷发堆成的新的火山锥。） 但用地质学的眼光去看，是能够分辨出来的，因为构成破火山口的岩石是火山喷出的灰渣或熔岩堆积凝结而成，在颜色和形态上都有肉眼便能识别的明显特点，就是更不要说在实验里用物理化学的方法去鉴别了。 当然，有火山岩存在，不等于火山口就在这里，但经过查清这里的地质情况，是可以找到它的火山机构，确定破火山口的位置。特别是黄石公园这里有上万个喷气孔，经常喷出热水热汽和其他火山气体，更清楚地表明这里有过强烈的火山活动，所以它虽然在人类有史以后没有火山爆发的记录，还是早就把它作为活火山来看待，在世界活火山的目录中有它的名字。特别是近几十年运用现代化手段观测，对它了解更多，更详细，它的活动历史已基本查清。 这座火山出现在210-220万年前，经历了从开始活动到高潮，再经过逐渐减弱直至停歇的过程以后，大约130万年前，再次活动；又停息了几十万年后到距今约64万年前，发生了最近一轮的活动。 一般的火山开始活动以后，不是喷发一次就死亡，而是多次喷发才完全停息。中文媒体对黄石公园“超级火山”的介绍中，多是说它“每隔60万年左右爆发一次”，实际上这个一次是相当长的一个时期，包含了多次喷出火山灰渣，还有熔岩的活动，不是一两天就完察仿结，像黄石公园的火山最近一期火山活动开始于64万年前，而在16万到7万年前还多次喷出熔岩，，这些熔岩流布凝结成的岩石是火山的喷发活动到7万年前才结束的证据。因此我这里不用“次”而用“期”来表示，以免误会。 根据现在的了解，黄石公园第一期的火山活动喷出物总体积为2,450km3；掩盖地面的面积为15,500km2 ；造成的破火山口长75-95km，宽40-60km；是三期中规模最大的。 第二期的以上各项数据分别为 280km3 ； 2,700km2 ； 16km；规模最小 第三期的以上各项数据分别为 1,000km3 ； 7,500km2 ； 85km×45km； 现在看起来比较明显的破火山口，是第三期的火山活动留下的。（见下面的地图。红色虚线表示破火山口边缘的位置。上面照片中的 Yellowstone Caldera rim 即其北部边缘的一段。） （以上数据取自美国地质调查所公布的材料http://volcanoes.usgs.gov/yvo/history.html） 黄石公园火山喷出的熔岩中，二氧化硅(SiO2)的含量超过68%（以重量计），即呈酸性，粘滞而不易流动，冷却后凝结成流纹岩，和其他火山灰渣结成的凝灰岩堆积起来成为高台。黄石公园及其附近地区，在这些破火山口形成以前的更早的年代，有过规模更大的火山活动，喷出物把这里堆成高原，说它是洼地，是就破火山口的范围内，相对于周边的破火山口缘而言。 黄石公园的平均海拔高度达2438米，边缘更是高峻，因而能有峡谷和瀑布在其间形成，它成为美国的也是世界上第一个的天然公园，实得火山之赐。 地球上的破火山口不少，大多在人类的历史记载后没有留下火山爆发的记录，也没有还会活动的迹象，被归入死火山一类；但也有一些重新活动起来，乃至再次爆发的。1988年两位火山学家公布的研究结果表明，138个直径超过5千米的破火山口发生过这样的事件，总计至少有1,299起。（Newhall and Dzurisin, 1988） 黄石公园这里的破火山口，在7万年前喷出过熔岩后，再没有留下过火山爆发的记录，但这里的有那么多还在喷出热水、热汽的喷气孔、温泉和冒泡的热泥浆，地温明显比别处高，冬天不积雪；经常发生地震，有时还很强烈，以及出现隆起和地裂等地面的形变，都是当代火山强烈爆发前后在火山附近地区所特有的现象。人们早就关心会不会再有火山在此爆发，但一直没有发生。这里成为每年有几百万游客来观光的胜地。 那么近来为什么媒体突然大肆宣传这里的“地下妖魔”将要苏醒，给人类带来大灾难呢？可谓事出有因，查无实据。 不是“地球内部”的“定时炸弹”将爆发 黄石公园的超级火山再次在中文媒体上热炒起来，是在2003年8-9月间，起因是7月23日公园部分地区对游客关闭，媒体称官方的解释是黄石国家公园地底下的间歇泉热液出现异常现象。一时“黄石公园地底热能出现异常喷发后果是毁灭性”“黄石公园:地球内部的"定时炸弹"”“死亡妖魔”即将苏醒，等等耸人听闻的标题比比皆是。 消息传出后，许多人不以为然。2003年9月18日在华夏文摘(http://www.cnd.org/)的论坛上，有署名为华夏大侠者贴出:俺今年六月去了一次黄石公园，没见什么异常之处。还将他当时拍下的 Old Faithful 地热喷泉景象贴出（见左图）贴出。有人说“这中国日报有点儿危言耸听喽。整个美国淹没在5英寸厚的灰尘里，着实可怕！”，还有人开玩笑，贴出条子说：“住在米国的弟兄们, 赶快搬家吧!”国内也有人怀疑“对我国影响大吗？是不是有人造谣？”（网友211.153.1.*于2003-10-27 15:21发表评论 21CN.COM-旅游） 但他们会说六月还正常，后来出现了新情况。 一是“黄石湖的湖床底部隆起了一个100英尺高的‘大包’，这个‘大包’有2000英尺长，随时可能爆裂喷发。” 二是“8月24日，在黄石国家公园南门东南9英里处的地底，监测到了4.4级的地震。这次地震是‘非同寻常的’，因为它的震源离地面仅0.3英里！” 三是“这里地表的温度升高了”。 都援引了科学家的话，说明不是记者杜撰。 经追查，这些中文报道的源头应是一家英文网络杂志http://www.onelinejoural.com 在2003年9月11日以 “A monster awakens”为题作的特别报道。这位作者对所报道的消息一一注明了出处。“大包”之说是《丹佛邮报》http://www.denverpost.com/Stories/0,1413,36%257E53%257E1561852,00.html 报道的，援引了美国地质调查所地质学家利兹·摩根（Lisa Morgan）的话.看来关心这件事的人不少，在美国地质调查所的网站上，设有一版，专门回答有关这个鼓包的问题。 http://volcanoes.usgs.gov/yvo/new.html#bulge 从这里知道湖底是有个鼓包隆起，这是利兹·摩根和她的同事，从1999年开始对黄石湖湖底观察测量，到2003年得到的结果。出现鼓包是因为这里的地下水热系统中释出的气体增多体积膨胀，可能产生的爆炸是“水热爆炸”（Hydrothermal Explosion）。这是很关键的一点，但在中文报道里没有这个说明，变成了“随时可能爆裂喷发”，而且与什么“死亡妖魔”即将苏醒联系起来。 须知水热爆炸和火山爆发是两回事。火山爆发是岩浆冲出地面，当性质粘滞的岩浆堵塞通道，这时会有强烈的爆炸发生，爆发前曾有堵塞在火山口中的熔岩被积压抬高的先例，一旦爆发确实很猛烈。 水热爆炸也是因通道被堵塞而产生，但被堵是地下的热水热汽，堵塞通道出口的是沉淀堆积的泥沙土石，结构不那么严实，不需要也无从积累火山爆发所拥有那样大的能量，因此其规模和火山爆发相比简直是小巫见大巫，喷出物以水和水汽为主，一般造成的危害也小，这种较小的水热爆炸，在黄石公园隔不了多少年就会发生一次，多出现在有喷泉的盆地中；大的水热爆炸在近几千年没有记录，是靠在地层中留下的地质材料，认识到更早时期曾有发生。这种水热爆炸不止是黄石公园才有，我国西藏也有 (链接北大地质数字博物馆，点击可以看到介绍)发生。 在黄石公园这里，许多时候堵塞通道的就是水，喷出时形成带雾气的水柱，对人没有危险，而成为供我们观赏的奇景。这种天然的喷泉不是什么地方都能有，它需要地下的水温度高到足以沸腾，并有适宜的地质结构，形成一个曲折复杂的地下水热系统，曲折狭窄的通道使地下的热水热汽不能畅快地涌出。而是需要时间蓄积足够的能量。黄石公园有这个条件，所以不仅有数以万计的喷孔经常喷出热水热汽，还有间隔一段时间才喷一回的间歇喷泉，“老忠实”是最著名的一个。 再说地震，黄石公园这里是家常便饭，随手一查，2003年9月26日零点45分零9秒到9月30日8点点53分37秒（美国中部时间），记录下来的在黄石公园发生的地震就有16次，其中有一次震级为1.8级的地震，震源深度才600米。历史上震级达到6级以上的地震在黄石公园也发生过，也没有成为火山爆发的先导。火山爆发前是常有地震增多和加强的现象，但所谓“爆裂喷发”的性质明确了，便已能排除了火山将要爆发的威胁。 在黄石公园这里。没发现有将要爆发的火山机构，失去这个前提，“不寻常”的地震也就没有了火山爆发先兆的意义。 因此，问及湖底显现的特征像不像与火山爆发相关时。美国地质调查所网站上的回答很干脆明确，“It is very unlike”，绝对不像。 至于报道中提到的地面温度升高，根据对黄石湖这里的喷气孔的温度量测，和去年比并没有升高。不过在公园西北部的诺雷斯间歇喷泉盆地，地下热活动是比较显著，包括有新的泥浆喷出点出现，热水塘变得更浑浊，地面的温度较这里的正常情况升高最多达37.8℃,已导致植物死亡。这里就是2003年7月23日起公园不对游客开放的区域，现在科学家已在这里装置了观测仪器，监视地热活动的变化。而这样做的目的并不是监测什么地下超级火山的爆发，还是观察可能产生的水热爆炸。因为尽管这种爆炸威力有限，但如有游客在此而爆炸正好发生，也能造成对人的伤害。公园管理部门将这里关闭是出于保证游客的安全，黄石公园其他部分照常是游人如炽。 Geysers and thermal waters in Yellowstone National Park, where geologists have fitted the Back Basin at Norris Geyser with instruments to observe increased thermal activity. Photo by Bruce Molnia, Terra Photographics. 中文媒体报道将可能产生的爆炸是“水热爆炸”隐去，并与什么“死亡妖魔”即将苏醒联系起来。是一种误导；西方媒体中讲出了是水热爆炸，但把它和科学家对黄石公园的火山会不会再次喷发的讨论摆在一起报道，也是一种误导。 黄石公园这里的破火山口会不会再次出现火山爆发，是科学家一直就关注的问题，并非因湖底出现鼓包或地热活动加强才想到。 地球上的破火山口，大多没有再次活动的迹象，属于死火山一类。但在黄石公园中的破火山口内，有上万个喷出热水热汽的孔穴，还有200-250处间歇喷泉，存在着地球上最大的水热活动系统(hydrothermal system)整个的是一个地热异常区，地面温度比别处高。当大地盖满冰雪的时候，这里的温泉、间歇喷泉和喷气孔周围，仍是热气腾腾，吸引了麋、鹿、野牛等许多野生动物到这里来过冬。。 根据这些地热现象，还有近200万年来出现过三个火山活动期的历史，不难确认在这里的地下不太深的地方,仍有着炽热的岩浆蕴藏。是这个岩浆库释放出热量，给地下水加温，直至成为水蒸气。 但是这个岩浆库房的顶壁已因多次火山爆发而加固加厚。 在火山爆发后，岩浆中的挥发分逃走了，但液态的熔岩在火山口及其附近留了下来，流布地面，凝结成为坚固的岩石块体；固体的火山灰渣被抛上天空后，很大一部分仍落回到地面，离火山口愈近，堆积愈厚。它们堆在那里，经过天然的压紧胶结，按后来居上的次序形成一层层的岩石，掩盖了地面。黄石湖底下的岩石便大多是熔岩结成的，已经存在10万年以上了。 水热爆炸，发生在岩浆库顶上的地层中接近地表一带。 火山爆发的本源岩浆库，其深度一般也不过几公里至十几公里，不到地球半径的1%，所以火山爆发再大，也不过是发生在地壳表层中的局部事件。根本称不上是什么“地球内部”的定时炸弹， 现在被监测的是何时会发生水热爆炸，不是这里的火山何时会爆发。因此美国地质调查所的地质学家对问及有无任何迹象表示黄石公园将有火山爆发？回答是明确的，没有。 但是说黄石公园将来可能有火山大爆发，也没有错。 前面已经讲到，由于黄石公园的破火山口，一直被归为活火山一类，就是认为它有可能再次喷发。但是一个火山临近喷发，必定有岩浆在供给火山喷出物的岩浆库中大量聚集，并向连接地面的火山通道中运动。现在黄石公园地下的岩浆库有没有得到补充，并未得到确认，而破火山口下的原来的火山通道早已为固结的熔岩所充填。 火山爆发好象很突然，其实酝酿已久，都在事先有它的表现，现在没有证据表明黄石公园的火山近期会爆发。媒体引述了几位地质学家的话，都是就黄石公园的火山的性质而言的，不是就当前出现的这些现象做火山爆发的预测。 地质学家对黄石公园的火山一直很感兴趣，因为这里的地热现象确实很特殊，特别是近年来发现它对我们认识地球这个系统在怎样运动，有重要的意义。 现在小学生都在被告知，大陆和海洋的形成，火山和地震的发生等等地球固体部分表面形象的变动，都是地球的板块运动的结果。 这些板块是些巨大的板状岩石块体，它们组合起来成为地球的岩石圈层（下图中表现为绿色部分），根据组成物质的化学成分与物理性质的不同，其上部被划分出来称为地壳，下部属于地幔。地幔是在地球中占有体积和质量都最多的层次。（参见凡尔纳一次失败的幻想） 对地球内部的探测表明，在岩石圈层之下，有一层虽然也是固态但具有塑性可以缓慢流动的物质（下图中表现为红色部分）存在，被称为软流圈。组成软流圈的物质的比重，大于上面构成板块的岩石，因而板块有点像冰山浮在水上似的漂浮在软流圈上。在上世纪六十年代，板块构造学说的提出者，用地幔物质因冷热不均而对流，从而带动了浮在上面的板块，来解释板块为什么会运动。 这种解释许多时候是合理的，如下图中，由于对流带动的板块运动，使板块之间处于碰撞挤压或拉伸张开的关系，存在很深很长的断裂，总之是一个不巩固，便于地幔中的物质上升形成岩浆，直至喷出成为地震和火山活动都比较多的地带。太平洋两边成串分布的火山，就是证明。因此一般能接受这种解释。 但是，也遇到难题。像太平洋中夏威夷群岛的火山，出现在太平洋板块的中心；黄石公园的火山，出现出现在北美板块的内部；还有大陆上有的地区，熔岩掩盖的面积大到到几十万平方公里，说明这里有过规模很大的火山活动，都很难照此解释。还有一个难题，在有些地方观测到板块移动的速度快于下面的软流层，夏威夷这里就是如此。 1963年，加拿大地球物理学家威尔逊（J. Tuzo Wilson）注意到，夏威夷群岛的8个成链状分布的火山岛，从西北向东南依次一个比一个年轻，东南端夏威夷岛上的火山的年龄一般为几十万 年，最年轻的才几千年，这些火山经常在活动。可是向西北方去，位于北端的考爱岛，那里的火山有510万年的历史，早已无活动，成为死火山。 由此，威尔逊设想。在地幔中存在着一个一个的高温区，在平面上看起来犹如一个一个赤热的斑点，他称之为hot spot，中文曾译为“热点”，也作“地幔柱”，因为它的立体形象，像根柱子，但由于上升到比较浅处，受到的压力减轻许多，体积膨胀并向四面展开，其形似羽毛，故称为“地幔羽（plume）”或更合适。本文中则从大众易于理解着眼，仍用热点一词。 威尔逊认为夏威夷岛下面就有一个热点。相对于板块，它的位置稳定，漂浮在上面的板块经过时，下面的热点就会把它对应的部分熔化成岩浆，进到地壳中，形成岩浆库，再由此产生火山爆发，好似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，再次重演先前的一幕，于是就有了今天看见的链状分布的火山，而愈是在前面的愈老。太平洋板块是从东南向西北方向移动的。夏威夷群岛的8个火山岛，正是热柱烧出的8个窟窿眼。西北端的火山最先出现也最先停息，符合这个假设的解释。 在黄石公园，除了它这里有破火山口，在它的西南方还发现了6个，它们也是成链状分布，按年龄大小依次排列。这些破火山口中位于西南端的最老，1650万年前就产生了。而北美板块也正好是向西南方向移动，符合威尔逊的假设。 按照这种假设。热点的高温能把上面的岩层熔化，使它加入到岩浆中，给岩浆以物质补充。2001年7月。美国威斯康辛-玛迪逊大学（University of Wisconsin-Madison)两位学者公布了他们的研究结果，证明黄石公园这里就存在这种情况。他们是用这里火山岩中所含锆石的晶体测定的。锆石耐高温，要到2750℃才会熔化，顶壁的岩层熔融时，别的许多成分熔化到岩浆中去了，重新组合成为新的矿物，但锆石的晶体却能保持不变，它所含有的放射性元素，使我们能测出它的年龄，在从这些火山岩中，认出早就形成的锆石，证明岩浆中确实熔有岩浆库顶部的岩石。这一成果使人们对黄石公园的破火山口的认识加深，而这个“超级火山”有复活的可能，从那时就开始传播，但因为涉及到的知识不大为人所知晓，中文媒体似乎没有报道。这次是由于黄石公园部分对游人关闭，引起了社会注意，媒体便把一些早就有的各种看法又搬出来，摆在一起制造耸人听闻的新闻，其实已是旧闻。 回想起来，山西大同聚乐堡的火山是个死火山，人们在火山附近生活多年也相安无事。由于有位专家误将古书《水经注》中所记的一出大同附近煤层自燃的“火山”当作现代科学中的火山，而且张冠李载，把活火山的帽子戴在聚乐堡火山的头上，作为专业著作，看的人少，倒也没有产生什么影响，可是大约在1974年，一本科普刊物仅仅提到它是个活火山，便引起轩然大波，当地一些人杀猪宰羊，农活也不干了，说是火山要爆发，什么都没有了，不如先宰来吃了算，后来费了好大气力才平息下去。这次虽然一些媒体在炒作，但并未造成什么混乱，黄石公园里的游人仍是很多，当然是他们及时普及有关的科学知识起了作用人们有疑问到美国地质调查所或黄石公园的网站去看看就明白了。 遗憾的是，在中文媒体的报道中，多只注意到耸人听闻的一面，而对人家普及的科学知识少有介绍。有的作了一点介绍，但作者本身就没弄明白，写出来就不知所云。比如有这样一段文字：“黄石公园所在的地壳中，有一个盛满岩浆的洞。就在北美大陆板块缓慢地漂过洞顶的时候，岩浆的巨大热量，便会熔化板决上的岩石，使得大陆板块越来越薄，”看来他是想介绍热点说，实在是差得太远了。 因此想到写这样一篇文章，但由于个人的能力和条件有限，会有不当和不足之处，读者如有发现，欢迎指正。
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