下一次超级火山喷发和物种大灭绝：黄石公园？

                             杨学祥

       西伯利亚暗色岩在当时有体积大约为500万立方公里的岩浆涌出地表，地点大致是在今天的俄罗斯西伯利亚地区。如此巨量的岩浆如果平铺到地球表面上，则足以将整个地球表面覆盖上一层厚度达到10米左右的岩浆层，而这一事件发生之后不久，紧接着二叠纪大灭绝事件就上演了。研究人员猜测这样一场空前的超级岩浆喷出事件将会释放出巨量的温室气体，驱动全球急剧变暖并导致全球的严重生态失衡。

http://www.sohu.com/a/52132628_356713

      德干暗色岩(Deccan Traps)又译德干玄武岩，是个巨大火成岩区，位于印度南部的德干高原，是地表上最大型的火山地形之一。德干玄武岩由多层洪流玄武岩所构成，厚度超过2,000米，面积为50万平方公里（超过100万立方公里）。

https://baike.so.com/doc/6261866-25115450.html

      黄石公园的所在地，地质学上被称为黄石高原（Yellowstone Plataeu）。它就是由先后三次大规模喷发所造就的，其中两次被归为指数8以上的超级火山爆发，另一次是指数7的喷发。这三次喷发分别为：

      210万年前的越桔梅岭喷发（Huckleberry Ridge Eruption），喷出了2500立方千米的喷出物，留下了一个巨大的岛屿公园火山口（Island Park Caldera）其火山灰被直接抛射到了墨西哥北部和洛杉矶附近；

      130万年前的亨利福克火山口喷发（Henry's Fork Eruption），在黄石的西侧形成了梅萨瀑布凝灰岩（Mesa Falls Tuff，因此这一次也叫作梅萨瀑布火山喷发），喷出物为280立方千米，其火山灰被直接抛射到了内布拉斯加和堪萨斯；

      64万年前的熔岩溪火山喷发（Lava Creek Eruption），喷出物为1000立方千米，形成了现在黄石公园内的黄石火山口，其火山灰直接落到了墨西哥湾。

      对比可知，历史记录表明黄石公园超级火山喷发规模远远小于西伯利亚暗色岩和德干暗色岩，而目前却最有可能大规模喷发。如果下次黄石公园超级火山喷发规模超过德干暗色岩，第六次物种大灭绝就有可能发生。

http://blog.sciencenet.cn/blog-2277-752117.html

五次物种大灭绝的地质年表

表1  地球自转周期与地质旋回

Table 1  Earth’s rotation periods andgeological cycles

图1 巨型火成区规模比较 

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现在越来越多的人出去旅游，去看看外面的大千世界。而大多数旅游的人能去到的地方都是山清水秀、风景宜人的景点，这些景点可以说都是既美丽又安全的地方。但是就是有些喜欢冒险的游客会去到一些危险的地方，像是藏北的无人区，攀登世界最高峰，这些地方如今都成为了一些喜欢追求刺激，爱探险游客去旅游的地方。甚至还有一些探险者会选择去火山旅游，还不是那些死火山，而是随时都有可能再次爆发的活火山。想必大家应该看过电视或是电影火山喷发会造成什么现象，在剧情中火山喷发和末日基本都是挂钩的，如果火山喷发一定会给世界带来毁灭的灾害。

在美国的黄石国家公园里就有一座超级火山。一座火山能被称为超级火山就证明这种火山绝对具有非常强的破坏性，一旦爆发比普通的火山还具有破坏力，它带来的破坏一定是无法想象的。这样的“超级火山”就在美国怀俄明州的黄石公园内部，这个公园是世界上第一座国家公园，早在1978年就被列入了世界自然遗产名录，公园的占地面积约为898317公顷是世界上最大的一个国家公园，公园里不仅有一万多处温泉，还有三百多个间歇泉，公园里面还有290多个瀑布，还有湖泊、河流、峡谷等景观。还有很多的野生动物和植物，是一个自然资源丰富的国家公园很好的一个旅游景区。但是在公园里却存在着一个随时都有可能爆炸的炸弹。就是在美国黄石公园的地下，隐藏着一座“超级火山”，这座火山蕴藏着能够毁天灭地的能量，如果爆发最先倒霉的就是美国会将整个美国埋没。

根据地质学家的勘测得出这座火山第一次喷发应该是在1650万年前，到现在为止应该喷发了上百次了，最近的一次应该是在63万年前，经过一些专家的推算，黄石公园里超级火山的喷发周期大约在60到80万年间，而上一次已经距今60多万年前了，按理说现在虽然是危险期了但是这些年份都是以万年计算的，现在应该还是安全的。但是有专家表示说近些年太阳活动越来越剧烈，火山可能是受到了太阳的影响，导致黄石公园火山很有可能提起喷发

。早在2011年的时候就有专家警告说：黄石公园火山如今已经进入了活跃期，因为从1923年到现在，黄石公园的部分地面已经上升70厘米。在2014年的时候黄石公园里的这座火山就开始不断的释放热量，加上夏天天气炎热导致公园里用柏油铺成的马路逐渐开始融化。看上去虽然还是普通的一条路其实已经像泥路那样的软，如果有人从上面经过就会陷入进去。

但是如果这个火山喷发了那可不是一般的严重，在1980年的时候美国的圣海伦火山曾经爆发过，那是美国史上死伤人数最多，经济损失最严重的一次爆发。根据一些数据分析，如果黄石公园火山爆发其破坏力绝对是圣海伦火山的1000到3000倍中间。有人甚至说如果把圣海伦火山的爆发物质比作是一颗豆子，那黄石公园的火山爆发的物质可能是三个足球场那么大。

它的威力就是那么大，如果真的爆发可能会导致美国一半以上的领土会受到威胁，会有许多的火山灰喷到大气中，遍地都是翻滚的火山熔岩，会让美国甚至整个北美上的很多物种遭到灭绝，而周围方圆1000公里上的人都很有可能会因为吸入大量的火山灰导致失去生命。虽然我国和美国隔得有点远，但是一切都说不定，就算火山灰波及不到我国，但是这些还是会对地球造成伤害。那个时候地球的平均温度会下降10℃，北极地区会下降12℃，而这种情况会维持6到10年，才会慢慢恢复，这种长时间的低温加上火山灰会弥漫在天空中像乌云一样遮住了太阳，让地球陷入黑暗之中，地上的植物生活在低温的环境之中又没有光合作用会导致植物迅速枯萎，动物没有了食物的来源，总之生态链就会断裂就会给人类带来惨痛的后果。

如今想要阻止火山喷发是不可能的，但是专家们已经在努力尝试监测地下岩浆来预测这个火山会不会喷发，最近的几十年内应该不会喷发，不过那也不一定，毕竟计划都赶不上变化。但是科学家们还是会尽自己最大的努力来阻止未来灾害的发生，即使不能真正的阻止也会尽可能的减轻对环境的伤害。

http://www.yidianzixun.com/article/0MDnBAHq

美国黄石国家公园地下的超级火山的前世今生是怎样的？

叶山Shan Ye

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地质学 话题的优秀回答者

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泻药…这问题其实很大，因为黄石火山的形成牵扯到了太多的东西。不知道你想了解到什么程度。这里只能比较简单地说一些基本内容和比较热门的科研关注点，否则详细的话写本书都可以。
先看下黄石公园的地图：

绿色是公园区域，黄色是现在的黄石超级火山口，东西宽45英里（约72千米），南北宽30英里（约55千米），面积有罗德岛州那么大（3个香港特别行政区）。它的东北方向是阿布萨罗卡火山（也在公园内），是另一个火山系统。实际上黄石公园下方的火山是蛇河-黄石热点（Snake River Plain - Yellowstone hotspot）的一部分。就如下图：

这一串有颜色的地方就是历代的火山活动中心，数字代表多少百万年前。每一个火山活动中心包括了一次或多次的大规模火山爆发。最早的一次是大约1600万年前，位置是现在的俄勒冈州和内华达州的边界附近。最近一次是在60万年以前，它喷发后形成了黄石火山口（Yellowstone Caldera），也就是现在黄石国家公园的东主体。这一串火山活动中心扫过了上千公里的距离。然而并不是火山热点在移动，而是其上方的北美大陆在移动（板块漂移），原理就像打点计时器。

这个热点是怎么来的呢？确实有点奇怪，因为没有一点点防备，它是在1600万年前突然出现的，和它附近的哥伦比亚河玄武岩平原（Columbia River Basalt Plain）形成于同一时间。现在有很多种设想，其中比较主流的有两个，而这两个都和美国西海岸的板块活动有关。

在太平洋东部、美国西海岸，有一个在外行眼里不太起眼的版块——胡安德富卡版块（Juan de Fuca，下图中粉色区域）。但是这个版块造就了美国西部多样的地形地貌，其中就包括黄石。

从图上我们可以看出，胡安德富卡版块是俯冲到北美版块的下方的，这一点毋庸置疑。然而，它在漫长的地球历史上，俯冲的姿势究竟是怎样的，一直都有一些争议。
第一种设想比较简单粗暴：

这种设想中，胡安德富卡版块的俯冲角度比较大，直插地幔深处。俯冲到地幔深处的胡安德富卡版块残余部分搅动深层地幔，导致部分地幔上升，形成了地幔热柱（也有观点认为地幔热柱是地幔中大规模热循环运动的结果，原本就在那儿，和版块俯冲无关）。而地幔热柱后来就发展成了热点。

这种地幔热柱来源于地幔深处的设想有个比较大的缺陷：与美国西海岸地震波监测得到的数据不符。地震波在不同温度的地幔中，传播速度不同，因此它可以被用来探测地幔中是否存在俯冲地壳的残余或热柱。在温度较高的地幔中，波的传播速度较慢。然而在黄石底下，经测量，波速只在地幔的浅层较慢，而在地幔深处，波速并没有比在常规地幔中慢。由此可见，地幔热柱不应该是从地幔深处起源的。因此后来有了第二种设想：

这种设想中，胡安德富卡版块的俯冲角度很小，几乎是贴在了北美版块的下方。胡安德富卡版块长期泡在太平洋底下，岩石中含水，温度也较低。它贴在了北美版块的下方以后，逐渐和北美版块岩石圈的下层形成了一种平衡关系，隔开了温度较高的地幔。

但是在1600万年前，由于不堪承受重力的拉扯，贴在北美版块下方的胡安德富卡版块发生断裂，沉入地幔中。高温的地幔在短时间内填补了胡安德富卡版块曾经占据的位置。剧烈的温差导致了在地幔上层靠近岩石圈的地方（约130km深）发生了剧烈的局部热循环。一个形成于地幔浅层的地幔热柱就出现了。

不管怎样，地幔热柱出现在了北美大陆的下方，为热点火山的形成提供了条件。那么，为什么地幔热柱会造就火山呢？因为它比正常的地幔热得多。我们知道，一般来说，地下越深的地方，温度就越高。如果我们把正常情况下，温度和深度的关系画在一张图上，就会得到这样一条地热线（geotherm，最深只到软流层）：

我们也知道，岩石也好，岩石中的矿物也好，要保持固态，需要保持一定的温度和压强。例如，在大气压下，普通的地表岩石会在大约1100摄氏度熔化。往地底下走，在抵达软流层之前，虽然温度升高，但由于压强的增加，岩石的熔点也在上升。因此在这个范围内，岩石也是固态，在地壳以及地幔上部，会形成岩石圈（软流层以下的情况和这不同，但并不是说那下面就不是固态了，这里不多说）。我们可以在图上再加一条正常情况下的固相线（solidus），在线的左边的条件下岩石是固态，而线的右边，岩石中的一些矿物开始融化，形成部分熔融。

现在我们看这两条正常情况下的线：地热线一直在固相线的左下方，它们不会相交。换句话说，正常情况下，在岩石圈范围内，岩石永远是固态的。好，现在有请地幔热柱登场。地幔热柱的温度比正常地幔高。当它从下方升起，遇到岩石圈之后，就会加热岩石圈，从而将地热线向着更热的右方移动。这样，地热线就有机会和固相线相交了，岩石圈下方从而发生了部分熔融，形成了岩浆。

岩浆顺着缝隙流向地面，在底下较浅的地方形成了熔岩室，并最终在压强的作用下喷出地表，形成火山。这就是热点火山（hotspot volcano，经典的例如夏威夷、加拉帕格斯、百慕大等，黄石也是）形成的原理。

那么为什么黄石公园的火山会被称为超级火山呢？因为它体积大，而且爆发后破坏力大。按照定义，一次超级火山喷发（即指数8以上的火山爆发），会抛射出至少1000立方千米的喷出物。这是什么概念？做几个对比：大家所比较熟知的1980年圣海伦火山喷发，整座山都被炸掉一半，但喷出物仅仅为0.25立方千米而已（指数4）；公元79年意大利维苏威火山喷发，毁掉了庞贝城等好几座城市，但它喷出的体积也不过3立方千米（指数5）；20世纪最严重的火山爆发，1991年菲律宾皮纳图博火山喷发，喷出物仅有5立方千米（指数5）;1883年那次引发大海啸的印尼喀拉喀托火山喷发，喷出物为20立方千米左右（指数6）；人类历史上有记录的最大火山爆发，让1816年全世界都没有夏天的坦博拉火山喷发，喷出了150立方千米的物质（指数7）。

再看回答开头的第二幅图，每一个色块代表一个火山活动中心，但是一个火山活动中心里面可以包括不止一次的大规模火山喷发。其中最右侧的火山活动中心就是黄石热点当前的所在地，也就是黄石公园的所在地，地质学上被称为黄石高原（Yellowstone Plataeu）。它就是由先后三次大规模喷发所造就的，其中两次被归为指数8以上的超级火山爆发，另一次是指数7的喷发。
这三次喷发分别为：

210万年前的越桔梅岭喷发（Huckleberry Ridge Eruption），喷出了2500立方千米的喷出物，留下了一个巨大的岛屿公园火山口（Island Park Caldera）其火山灰被直接抛射到了墨西哥北部和洛杉矶附近；
130万年前的亨利福克火山口喷发（Henry's Fork Eruption），在黄石的西侧形成了梅萨瀑布凝灰岩（Mesa Falls Tuff，因此这一次也叫作梅萨瀑布火山喷发），喷出物为280立方千米，其火山灰被直接抛射到了内布拉斯加和堪萨斯；
64万年前的熔岩溪火山喷发（Lava Creek Eruption），喷出物为1000立方千米，形成了现在黄石公园内的黄石火山口，其火山灰直接落到了墨西哥湾。
（本人实拍的三张照片。左上是爱达荷境内Huckleberry Ridge喷发出的火山凝灰岩，红棕色；下方是Mesa Falls的凝灰岩，也在爱达荷境内，泛灰色，但是这个地点并不是特别有代表性；右上是Lava Creek的凝灰岩，在黄石公园内，属于怀俄明，注意不是河边那个因温泉和微生物而形成的构造，而是右上方树后面的黄色和灰色的凝灰岩）
为什么黄石公园的火山威力这么大？这就说来话长了。它和美国西部的地壳构造有关系。首先我们来看一下普通的大陆地壳是什么样子的。

简单来说，一般的大陆地壳分为三层。如图所示。这三层地壳的含硅量不同。最底下的一层的硅含量为52%左右，中间一层的硅含量为60%-63%左右，而最顶层的硅含量为66%-70%左右。至于这种分层是怎么来的，可以看我以前的一个回答地球上原本就有岩石吗？各种岩石都是怎么来的？ - 守望之夏的回答。
现在地幔热柱登场，熔化了岩石圈（大陆板块）的最下层（也就是地幔的顶层），温度很高的岩浆从下面顺着裂缝入侵了地壳。地壳开始部分熔融。根据岩石学家的观察，岩石中含硅量较高的矿物会率先熔化。因此，岩石被加热熔融后，先流出来的液体（就是新的岩浆）的硅含量比原来的岩石要高。当这些岩浆经过冷却再次凝固后，就会形成含硅量更高一些的火成岩。
正常情况下，来自地幔的岩浆会入侵地壳的最下层，将那里的岩石部分熔融，并形成新的岩浆喷出地表。这种新的岩浆的硅含量比底层地壳高，喷出地表冷却后会形成玄武安山岩，含硅量在53%-58%之间。有时候，中间层的地壳也会遭受入侵，熔化后形成的岩浆含硅量在60%-69%之间，喷出地表后形成安山岩或英安岩。正常情况下，地壳的上层是不会遭受入侵的。
以上是正常情况，但是黄石显然是个特立独行的刺头。在黄石及附近，火山喷发出的岩浆的含硅量要么很高（75%，形成流纹岩），要么很低（52%-53%，形成玄武岩），形成了一种很特别的双相火山（bi-model volcanism）。

原来，美国西部的地壳处在一个拉伸区域。这个拉伸的形成原理有一定的争议，其中一种说法是这样的：
还记得前面说到的胡安德富卡版块吗？它在地图上看起来很小吧。可是在新近紀（晚第三纪）以前，它是一个比较大的法拉伦板块（Farallon Plate）的一部分，如图所示。

法拉伦板块也是一个海洋版块，俯冲到北美洲和南美洲的下方。它和太平洋板块之间有一个大洋中脊式的伸展区。可是随着时间的推移，大陆不停地在漂啊漂。终于，法拉伦板块的主体部分完全沉到了北美大陆的底下。它的残余部分形成了今天的胡安德富卡版块、可可斯版块和纳兹卡版块等较小的版块。今年热映的科幻灾难片《末日崩塌》里的罪魁祸首圣安德勒斯断层也是同时形成的。虽然法拉伦板块已经不在了，但曾经横在法拉伦板块和太平洋板块之间的拉伸区域并没有消失，而是随着法拉伦板块沉到了美洲大陆的下面。在它的作用下，美国西部的地壳被拉伸（弧后拉张），形成了一大片盆地-山岭区域（Basin and Range Province）。这一区域从遥感图上可以看得很清楚（那些一条一条的山脉和谷地就是拉伸作用形成的。特别是犹他、内华达、亚利桑那这几个州，以及墨西哥北部）：
由于地壳拉伸，地壳表层比较脆的区域就发生了断裂，形成了断层，并成为了这些岭谷地带。同时，地壳也变得较薄。
（拉伸前）
（拉伸后）
由于地壳变薄，平时很安全的上层地壳就有了遭到熔岩入侵的可能。黄石也受到地壳拉伸的影响。因此在黄石附近，地幔热柱熔化岩石圈下层所产生的熔岩流就可以侵入含硅量66%-70%的上层地壳，将其部分熔化，形成了含硅量达到75%以上的流纹岩的岩浆。同时，下层的熔岩流甚至可以直接喷出地表，在蛇河平原和哥伦比亚河平原形成大规模的玄武岩。
（本人在Teton Pass实拍的蛇河玄武岩平原）
我们再说含硅量75%的流纹岩的岩浆。由于含硅量大，这种岩浆粘度很高。其内部的气体形成气泡，但因被高粘度的岩浆包围，它们很难通过膨胀体积来减压。当这种岩浆在黄石下面聚集，里面的气体也越来越多，温度也越来越高。高温使得气体膨胀，但高粘度的岩浆阻止气体膨胀，因此其内部的压强变得非常的高。当高压的气体最终冲破大量的高粘度的岩浆喷出地表，就会形成猛烈而量大的超级火山爆发。这就是黄石公园的超级火山的来历。

最后一个问题。为什么人们觉得黄石的火山很危险。为什么《2012》认为地球就要完蛋了。第一，黄石一旦喷发，肯定会对全球的气候有严重影响。密西西比河以西的美国就直接报废了，火山灰会通过大气层覆盖全球，世界也许会迎来长达数年的冬季。这种人类历史前所未有的大灾难发生了，世界秩序也很可能乱掉。第二，很多人觉得黄石马上就要爆发了。还记得上面说过的产生黄石高原的三次大喷发么？列出来复习一下：

• 越桔梅岭火山喷发（Huckleberry Ridge Eruption）- 210万年前 - Island Park火山口
  

• 梅萨瀑布火山喷发（Mesa Falls Eruption）- 130万年前 - Henry's Fork火山口
  

• 熔岩溪火山喷发（Lava Creek Eruption）- 64万年前 - Yellowstone火山口
  

根据神奇的统计学，下一次大规模喷发貌似就要来了。
（已经迟到了4万年了好吗？！）
但是也有科学家认为这种数据并不可靠。马克吐温说过：“世界上有三种谎言。谎言，该死的谎言，以及统计学。”上面列出来的仅仅是形成黄石高原的三次大喷发，也就是说，它们仅仅是黄石热点所引发的大喷发中的最后三次。前面提到过，黄石热点在美国西北部形成了一连串的火山活动中心，而黄石高原只是这些火山活动中心的最新的一个。在黄石高原的西侧，比它更早一点的一个火山活动中心是爱达荷境内的海斯火山活动中心（Heise Volcanism Field，简写H）。再往西，则是更早一些的皮卡博火山活动中心（Picabo Volcanism Field，简写P）。和黄石高原火山活动中心（YP）由三次主要喷发组成一样，H和P也都由不同的喷发组成。下图就是历次喷发的火山口示意图。
如果我们把它们都列出来，就会是这样：

• 小苦梅峡谷喷发（Little Chokecherry Canyon，图中的CH）- 934万年前
  

• 凯尔谷喷发（Kyle Canyon，图中的KC）- 917万年前
  

• Lost River喷发（Lost River，图中的LR）- 875万年前
  

• 美洲瀑布喷发（America Falls，图中的AF）- 784万年前
  

• 黑尾火山喷发（Blacktail，图中的AV）- 662万年前
  

• Edie School 火山喷发（Edie School，图中的ES）- 657万年前
  

• 沃尔科特喷发（Wolcott，图中的W）- 627万年前
  

• 狼獾溪火山喷发（Wolverine Creek，图中的WC）- 580万年前
  

• 蓝溪火山喷发（Blue Creek，图中的BC）- 560万年前
  

• 康南特溪火山喷发（Conant Creek，图中的CC）- 551万年前
  

• 麋角泉火山喷发（Elkhorn Springs，图中的EK）- 537万年前
  

• 海斯火山喷发（Heise，图中的H）- 449万年前
  

• Kilgore喷发（Kilgore，图中的）- 445万年前
  

• 越桔梅岭火山喷发（Huckleberry Ridge，图中的HR）- 210万年前
  

• 梅萨瀑布火山喷发（Mesa Falls，图中的MF）- 130万年前
  

• 熔岩溪火山喷发（Lava Creek，图中的LC）- 64万年前

如果把数据扩展到这个地步，那前面的小数据统计可能就不那么有说服力了。这并不是说黄石现在不可能爆发。它随时都可能爆发。但是单纯用不完整的数据来估算下一次爆发的年代，是不那么科学的。 

（啊哈...原来你们算错了...）
另外，黄石火山不仅有大规模喷发，也有小喷发。比如，黄石公园里面有个比较著名的景点叫做西拇指（West Thumb），那就是17万年前的一次小喷发以后在黄石湖边炸出来的一个坑。
（本人在西拇指的实拍。照片上部的这片湖面是一个湖湾，比黄石湖的其他区域深得多，原因就是它和黄石湖的其他部分不是同时形成的，而是形成于一次火山喷发。这个湖湾就是火山口。湖边有很多间歇温泉，算是下面岩浆室的出气孔。）

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编辑于 2016-12-28

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