困擾學(xué)界多年的美國(guó)黃石超級(jí)火山成因，如今有了顛覆性新解。4月10日凌晨，國(guó)際學(xué)術(shù)期刊《科學(xué)》發(fā)表一項(xiàng)中國(guó)科學(xué)家領(lǐng)銜的重磅成果：通過(guò)高精度數(shù)值模擬，首次揭示黃石超級(jí)火山的形成并非源于傳統(tǒng)“地幔柱”，而是“地幔風(fēng)”撕裂巖石圈、形成傾斜巖漿通道的結(jié)果。這為破解超級(jí)火山之謎提供全新視角。

不明就里的巖漿晶粥

超級(jí)火山是地球上威力最強(qiáng)的一類火山，單次噴發(fā)的固態(tài)物質(zhì)體積可達(dá)1000立方千米以上，會(huì)對(duì)環(huán)境、氣候和人類社會(huì)產(chǎn)生巨大的影響。深入理解超級(jí)火山的運(yùn)作機(jī)制對(duì)火山災(zāi)害預(yù)警和保護(hù)人類文明有著重要意義。

以往研究認(rèn)為，超級(jí)火山的動(dòng)力來(lái)源是其下方地殼內(nèi)的液態(tài)巖漿房——低密度巖漿逐步聚集到巖漿房?jī)?nèi)，并持續(xù)增加對(duì)圍巖的壓力，最終導(dǎo)致地殼發(fā)生大規(guī)模破裂、坍塌和巖漿噴發(fā)。論文通訊作者、中國(guó)科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所劉麗軍研究員說(shuō)，但越來(lái)越多的研究發(fā)現(xiàn)，純液態(tài)巖漿房并不存在，超級(jí)火山的動(dòng)力來(lái)源更可能是縱跨整個(gè)巖石圈的大型巖漿晶粥。

什么是巖漿晶粥？地球最外層的堅(jiān)硬圈層被稱為巖石圈，當(dāng)來(lái)自地球深部的液態(tài)巖漿與巖石圈的固體巖石混合時(shí)，即可形成粘度達(dá)液態(tài)巖漿數(shù)十萬(wàn)倍的巖漿晶粥。不過(guò)，科學(xué)家對(duì)于巖漿晶粥的深部驅(qū)動(dòng)機(jī)制一直不甚明了，這是當(dāng)前超級(jí)火山機(jī)制研究所面臨的核心問(wèn)題。

“地幔風(fēng)”撕裂巖石圈

位于北美西部的黃石火山，在過(guò)去的210萬(wàn)年內(nèi)發(fā)生了兩次超級(jí)噴發(fā)，噴發(fā)量最高達(dá)到2500立方千米，是一座典型的超級(jí)火山。

過(guò)去數(shù)十年研究結(jié)果顯示，黃石超級(jí)火山的巖漿系統(tǒng)縱跨整個(gè)巖石圈，并且呈現(xiàn)隨深度增加向西南方向偏移的傾斜形態(tài)，顯著有別于傳統(tǒng)的垂直上升“地幔柱”模型。在這一系統(tǒng)中，巖漿長(zhǎng)期以晶粥的形式存在，而富含液態(tài)巖漿的晶粥（即傳統(tǒng)意義上的巖漿房）應(yīng)該僅在噴發(fā)前一小段地質(zhì)時(shí)間內(nèi)出現(xiàn)。

在此次研究中，研究團(tuán)隊(duì)構(gòu)建了完整的北美西部固體地球系統(tǒng)模型。根據(jù)該模型預(yù)測(cè)，位于北美中東部下地幔的古老法拉龍板塊的持續(xù)下沉，驅(qū)動(dòng)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(zhì)尺度上流動(dòng)）快速向東漂移，形成“地幔風(fēng)”。

論文第一作者、地質(zhì)地球所曹澤斌博士解釋，這股“地幔風(fēng)”在穿過(guò)黃石火山下方狹窄的大陸巖石圈通道時(shí)，對(duì)上覆巖石圈施加了東向推力，與當(dāng)?shù)貛r石圈密度結(jié)構(gòu)產(chǎn)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(gè)虹吸帶像爬樓梯一樣上涌、遷移，并在過(guò)程中不斷演化，最終形成了黃石火山下方巖漿系統(tǒng)的形態(tài)。”劉麗軍說(shuō)，模型預(yù)測(cè)的巖漿系統(tǒng)與多種地球物理、地質(zhì)和巖石地球化學(xué)觀測(cè)相吻合。

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