冰島火山為什麼爆發（冰島火山爆發的新發現將改變我們對火山運作原理的認識）

2023-04-20 02:43:32

雖然從根本上改變我們對世界的理解的學習並不經常發生，但對於加州大學聖巴巴拉分校的地球科學家Matthew Jackson和全球成千上萬的火山學家來說，這樣的啟示剛剛發生。

在從冰島的Fagradalsfjall火山採集巖漿樣本時，Jackson和他的同事們發現了一個遠比科學家們在研究火山的兩個世紀中所假設的更為動態的過程。

「就在我認為我們已經接近弄清這些火山是如何工作的時候，我們得到了一個大驚喜，」Jackson說道。

地質學家們將他們的發現於9月14日發表在《自然》上。

一個月內的一萬年

由於休假、大流行病和780年的地下巖石融化，Jackson在正確的時間和地點見證了Fagradalsfjall的誕生，這個位於冰島西南部低地的裂縫在2021年3月分裂並爆發出巖漿。他說，等到那時，雷克雅半島上的每個人都已經準備好迎接某種爆發了。

「地震群很激烈，5萬次左右的震蕩--有些是4級以上的震蕩--讓地球震動了數周，讓冰島的大部分人口都感到緊張，」Jackson說道。

然而睡眠不足是值得的，當熔巖從相對空曠的格爾丁達魯爾地區的地洞中冒出和噴出時，暴躁很快變成了迷戀。科學家和遊客都湧向該地區想看看地殼的最新部分的形成。從一開始，由於熔巖的緩慢流動和充足的風將有毒的氣體吹走，他們就能接近熔巖，進而不斷取樣。

在冰島大學的Sæmundur Halldórsson的領導下，地質學家們試圖找出「巖漿起源於地幔有多深、在爆發前它被儲存在地表下有多遠以及在爆發前和爆發期間儲層中發生了什麼。」像這樣的問題，雖然是基本問題，但實際上是研究火山的人所面臨的一些最大挑戰，這是由於噴發的不可預測性、危險和極端條件以及許多活躍地點的偏遠和不可接近性。

Jackson解說道：「當時的假設是，巖漿室隨著時間的推移慢慢填滿，巖漿變得混合良好。然後它在噴發的過程中排水。」他繼續補充稱，由於這個定義明確的兩步過程，那些研究火山爆發的人並不期望看到巖漿的化學成分在流出地球時發生重大變化。

「這就是我們在夏威夷的基拉韋厄火山看到的情況，你會有持續多年的噴發，而且隨著時間的推移會有微小的變化。但在冰島，關鍵化學指標的變化率高出1000多倍，。在一個月內，Fagradalsfjall噴發所顯示的成分變化比Kīlauea噴發在幾十年內所顯示的更多。在第一個月中，在這次噴發中取樣的化學成分的總範圍跨越了過去一萬年中在冰島西南部噴發的全部範圍，」Jackson說道。

正如論文中所描述的那樣，在最初的幾個星期裡，爆發的是預期的「枯竭」巖漿類型，這些巖漿一直積聚在位於地表下約10英裡（16公裡）的儲層中。然而到了4月，有證據表明，該室正在被更深的、具有不同成分的「富集」型熔體所充填。這些熔體來自於冰島下面的上湧地幔羽流的不同區域。這種新巖漿具有較少的化學成分，鎂含量較高，二氧化碳氣體的比例較高。這表明從這個較深的巖漿中逸出的氣體較少。到了5月，主導流動的巖漿則是較深的、富集的類型。他們稱，在一個梅花狀的熱點地區，巖漿成分的這些快速、極端的變化是以前從未被近乎實時地觀察到過的。

然而Jackson指出，這些成分的變化可能並不那麼罕見。只是在這樣的早期階段對噴發進行採樣的機會並不常見。比如在2021年Fagradalsfjall噴發之前，冰島雷克雅半島最近的噴發發生在八個世紀之前。他懷疑這種新的活動預示著冰島西南部一個新的、可能長達幾個世紀的火山周期的開始。

對科學家來說，這一結果為如何建立世界各地的火山模型提出了一個關鍵的制約因素。然而，目前還不清楚這一現象在其他火山中的代表性或它在引發火山爆發中扮演什麼角色。對於Jackson來說，這是一個提醒，地球仍有秘密可言。「因此，當我出去對一個古老的熔巖流進行取樣時，或當我將來閱讀或寫論文時，它將永遠在我的腦海中。這可能不是噴發的完整故事。」