超级火山是如何工作的

这张老的黄石公园的海报几乎没有显示出隐藏在公园边界内的地质奇观。

©大卫·波拉克/ Corbis

超级火山没有普遍接受的标准。火山存在于一个连续统一体上，尽管是对数统一体，所以分类的边界往往是模糊的[来源:阿肯巴克都；伦敦地质学会；泰森］．因此，对于超级火山的数量以及它们喷发的频率的估计各不相同。

但确实存在一些常见的描述，包括级，岩浆喷发的体积或质量，以及强度，岩浆喷发的速度[来源:伦敦地质学会］．岩浆是一种炽热的熔融物质，来自于地球的地幔或地壳，并被挤压出来熔岩在火山喷发。它通常含有硅酸盐、悬浮晶体和溶解气体[来源:牛津科学词典]。

另一种常见的分类叫做火山爆发指数(VEI)，按火山灰柱的高度及喷出的火山灰、浮石及熔岩的数量划分火山类别[来源:美国地质调查局］．超级火山通常是VEI级别最高的8级火山，这意味着它们产生了超过240立方英里(1000立方公里)的喷发物质和超过16英里(25公里)高的羽流。马歇尔；罗莱特;美国地质调查局］．超级火山带来的雨水摧毁了整个地区，留下了罗德岛大小的破火山口[来源:阿肯巴克都；伦敦地质学会；罗宾逊；泰森］．

对于如此巨大且具有破坏性的奇迹，超级火山却令人惊讶地难以发现。事实上，它们的规模和权力是问题的一部分。这些巨兽不是造山，而是炸山。事实上，黄石国家公园的超级火山之所以被发现，部分原因是它在原本崎岖不平的地形上造成了一个缺口。即便如此，它的范围之广——30 × 45英里(50 × 70公里)——使大脑无法把它全部收集起来[来源:阿肯巴克都；伦敦地质学会；泰森］．

再加上时间的浩瀚——数十万至数百万年的时间里，一个破火山口可以被侵蚀，被较小的喷发产生的熔岩填满，或变成一个绿树成荫的湖泊——所以不难理解超级火山是如何隐藏在肉眼可见的地方的。但是，研究人员仍然被另一个巨大的问题所困扰，即供养他们的过程的规模——深入地球深处并跨越数百英里的机制[来源:Friedman-Rudovsky；伦敦地质学会；马歇尔；泰森；美国地质调查局］．

所以不要认为它们是放大的火山。超级火山本身就是一种现象，是一个我们仍在努力理解的深刻过程。阿肯巴克都；Malfait et al。］．为了更好地理解它们是如何工作的，研究人员转向了潜在的超级火山，比如玻利维亚的乌图鲁库火山，在过去的20年里，它每年增长半英寸(1.3厘米)，并为人们所知热点像黄石公园地下那样上涌的岩浆[来源:Friedman-Rudovsky］．

在黄石国家公园的冬天日落时分，一切都很安静(暂时如此)。

©迈克尔Kittell / Corbis

在地图上画一条线，从内华达北部穿过爱达荷州南部，一直延伸到怀俄明州西北部，你会看到一条绵延350英里(560公里)、绵延1800万年前的火山断续痕迹。当你沿着这条从西到东的线移动时，火山链变得越来越年轻，每一个都标记着一个区域，这里有一个单独的热点喷出的岩浆压力。这条链，就像热点一样，在黄石国家公园是死胡同[来源:阿肯巴克都；伦敦地质学会］．

实际上，移动的不是热点。相反，北美板块每年以大约1.8英寸(4.6厘米)的速度在头顶摩擦。每隔一段时间，热点就会爆发。在黄石公园地下200多万年的时间里，它产生了三次巨大的事件[来源:阿肯巴克都；罗宾逊；泰森；美国地质调查局］：

据我们所知，今天的黄石热点已经变得更加温和了。它加热了公园的著名间歇泉黄石湖本身部分是由一个崩塌的超级火山破火山口形成的。但它偶尔也会让地面不安地变成穹顶，提醒我们沉睡的龙终究还是龙[来源:阿肯巴克都；大英百科全书；美国地质调查局］．

尽管研究人员监测黄石公园的地震、地面变形、水流和温度，但超级火山在喷发前可能提供多少预警还不清楚。伦敦地质学会；泰森；美国地质调查局］．黄石公园每年有1000到3000次地震，地震可能是火山活动的前兆，但它们也可能释放压力，从而有助于预防一个[来源:阿肯巴克都；美国地质调查局］．

超级火山也会通过较小的喷发周期性地释放压力。自熔岩河以来的64万年里，黄石公园经历了大约80次非爆炸性的、产生熔岩的喷发，而下一次黄石公园的喷发更有可能达到皮纳图博火山的规模——绝非微不足道，但绝不是超级火山[来源:阿肯巴克都；美国地质调查局］．

但如果运气不好呢?黄石公园的超级火山爆发会是什么样子?

1991年，在皮纳图博火山爆发5个月后，吕宋岛的一座村庄俯瞰着圣母玛利亚的雕像。虽然皮纳图博火山的规模比超级火山小得多，但它1991年的喷发降低了北半球的温度。

©Les石/ Sygma / Corbis

大多数超级火山爆发发生在那些几百万年都很活跃的地区，但它们的爆发时间很长静止期因此，不要对黄石公园表面上的平静太过自信。一般来说，时间越长休眠，繁荣越大[来源:伦敦地质学会］．

和其他超级火山地区一样，黄石公园坐落在一个长期活跃的构造带上，地壳变薄变弱，上面覆盖着2500华氏度(1370摄氏度)的岩浆穹丘地幔．这个圆顶已经融化并破碎成地壳，在地下大约5-7英里(8-11公里)处形成了两个岩浆房，每个岩浆房横跨30多英里(48多公里)。大英百科全书］．这些岩浆房充满了岩浆、半固态岩石和水蒸气、二氧化碳等溶解气体的混合物。

经过几个世纪甚至几千年的时间，更多的岩浆积累起来，带来更多的热量和压力，将覆盖的地面一点一点向上推。如果岩浆房得到稳定而大量的热岩浆供应，压力就会在一个经常循环的过程中形成孵化．如果没有，那么一些材料就会凝固并下沉，从而消除压力。超级火山的岩浆库的巨大体积意味着孵化需要比传统火山高2-3个数量级的热量传递速率[来源:阿肯巴克都；Klemetti］．

最终，超压会在穹顶的外围造成裂缝，将压力从腔室中释放出来。充满气体的岩浆向天空喷发，火山灰和碎片散落数百英里，释放出致命物质火山碎屑流——快速移动的厚厚的气体云团、火山灰和岩石从火山口沸腾而出火山喷发在1470华氏度(800摄氏度)-跨越数万平方英里[来源:阿肯巴克都；伦敦地质学会］．

在接下来的几周内，会有更多的爆炸发生。火山灰在区域范围内飘落下来，空气中充满了污染物，覆盖了数千万平方英里的土地，这些火山灰足以杀死庄稼。伦敦地质学会；Klemetti］．在尘埃落定之前，方圆数千英里内的任何人都有可能呼吸到微小的玻璃针，肺部血管爆裂，淹死在火山灰和肺部水分的泥浆中[来源:阿肯巴克都；伦敦地质学会；泰森］．火山灰会压垮屋顶，污染重要的水源，损坏汽车引擎，引发持续数月至数年的粮食生产、交通、通讯和经济危机。伦敦地质学会；Klemetti］．

几周之内，灰尘和硫酸盐气溶胶就会包围地球，过滤掉阳光，并在随后的几年里使全球平均气温下降约5-9华氏度(3-5摄氏度)[来源:伦敦地质学会；Klemetti；马歇尔］．美国三分之一的地区，尤其是蒙大拿州、爱达荷州和怀俄明州，在几个月甚至几年之内都不适合居住。泰森；美国地质调查局］．

值得庆幸的是，这种情况不会很快发生。但另一次超级火山爆发，在某一天，在世界的某个地方，是不可避免的。也许我们是时候开始火星殖民地了。