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最新发现：意大利的超级火山
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——科学家首次在地表研究超级火山的深部通道
编译/马志飞（Beijing Institute of Geology）
（资料来源：http://geology.com，南卫理公会大学，2009年9月）
超级火山的“罗塞达石”
（注:罗塞达石原本是一种解释古埃及象形文字的可靠线索，在这里借指火山活动的线索)
科学家们发现了超级火山的“罗塞达石”，这些由罕见的大规模火山爆发所造成的地球表面的“大麻子”表明了自然界中一系列最严重的“暴力事件”。爆发区域会产生大规模的破坏，甚至会引发全球范围的气候和环境变化。
一个古老的超级火山在意大利阿尔卑斯山塞西亚谷被南方卫理公会大学的地质学教授James E. Quick领导的研究小组发现。这一发现将推动人们对超级火山的进一步认识，这和美国的黄石火山一样。美国黄石火山是世界上第二大超级火山，最后一次爆发发生在63万年前。
超级火山的深部通道
一项新的研究报道了这一发现，塞西亚谷第一次向我们展示了超级火山从地表到岩浆源的实际“通道”，该通道揭示了岩浆穿过地壳移动的轨迹和路径，达到了前所未有的深度：25公里。
超级火山的喷发
超级火山，在历史上形成的火山口，如同巨大的陨石坑，其直径可以达到几十公里。引发火山喷发主要是源于岩浆内气体的爆炸性释放。
火山的爆发可以产生数百立方千米的火山灰。每隔数十万年就会有喷发。超级火山的熔岩和火山灰扩散的距离非常广阔。科学家认为，在过去不同的时期，它们的活动可能引发了灾难性的全球变冷。
意大利塞西亚谷的火山口在二叠纪爆发过，科学家说。该火山口的直径超过了13公里。
岩浆和爆炸性火山
“能够看到地壳岩浆喷发通道的全貌，这是个新发现，”美国地质调查火山危害领域的负责人Quick说，“现在我们要开始运用这一发现，希望了解影响火山喷发的基础过程：大爆发之前岩浆存储于何处？喷发爆炸的深度在哪里？”
塞西亚谷的岩浆通道给我们提供了一个前所未有的模型，用以解释地球物理剖面和火山口下的岩浆过程。而且，它还给了我们一个直接的证据，证实了地壳运动和地表火山之间的因果关系。
火山喷发预报
“这可能会促进监测数据更好地解释，并改进对火山喷发的预测”，报道这项发现的文章第一作者Quick说，“我们要更好地理解火山喷发前的警报信号，以便我们能够改进预警，避免假警报。”
破火山口，通常表现出地震和热液活动的高发性，这表明了地表以下的流体运动。
罕见的火山解剖
迄今为止，科学家只研究了该火山通道从地表到深部5公里的范围，因此，获得的地球物理数据和喷发岩石的分析是有限的。Quick将这比喻成第一次看到人体的骨骼和肌肉。“我们称塞西亚谷为超级火山的‘罗塞达石’，是因为这些岩石的暴露能够帮助我们把地球物理数据和地质现象联系起来，这是一个非常难得的亮点。”
其他的超级火山
英国的研究人员在10年前提出了“超级火山”一词。科学家们已经统计出20多处曾在过去100万年里爆发过的超级火山。
除了黄石之外，还有些较大的火山喷发，如印尼苏门答腊岛的多巴湖在74000前喷发，被认为是在过去25亿年里地球上最大的火山爆发。这是一次严重的气候变化事件，据估计，多巴湖的喷发导致了大约60％的人类死亡。
另外一个，美国加利福尼亚的长谷超级火山，目前仍在活动。76万年前曾经爆发，喷发出600立方千米的火山灰，火山灰笼罩着美国西南部，从加利福尼亚州向西一直延伸到内布拉斯加州。
“地球上将会再次发生超级火山的喷发，”Quick说，“但我们不知道会是在哪里，塞西亚谷能够帮助我们预测下一个事件。”
塞西亚山谷位于意大利西北部阿尔卑斯山脉
（地图由Geology.com和MapResources提供）
美国地质勘探局的地图显示了黄石火山的火山口大小
黄石火山喷发示意图（图片来源：美国地质勘探局）
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超级火山
超级火山是指能够引发极大规模爆发的火山。虽然对于爆发规模没有严谨的界定，但极大规模爆发都以瞬间改变地形，瞬间改变全球天气及全球性的生命灾难。名字源于英国广播公司的著名科学节目Horizon在2000年提及各类型爆发规模时节目监制所创作出来的。
黄石国家公园是美国最大、最著名和建立最早的国家公园，公园面积9000平方千米，大部分是开阔的火成岩高原地形。公园内部地质构造复杂，曾发生过强烈的火山活动，地面大面积覆盖着熔岩，地壳至今仍不稳定。公园中温泉和热泉随处可见，每年吸引了大批游客到此观光。
环形山谷之谜
在黄石地区还没有建立公园时，火山学家就在这里发现了大量的环行山谷。这些山谷直径约30千米至60千米，深几千米，很像破火山口的形状。处于火山口下方的熔融的岩浆房（地下储存岩浆的空间）排空后，上方的地面塌陷下去，就形成了破火山口。如此多的环行山谷，似乎表明这里经常有小型的火山喷发，每一次形成一个这样的山谷。
然而，早期的研究者发现，这些山谷坐落在地球上规模最大的火山岩沉积的附近，而且火山熔岩是一次单独的火山喷发事件形成的。从熔岩的体积估算，他们眼前的火山喷出物比人们熟悉的1980年圣海伦斯火山喷发后形成的火山岩还要大几百甚至几千倍！通过估算喷发物质的体积，研究者发现，火山之下的岩浆房一定也是超级庞大的。但是，一次如此猛烈的超级喷发，应该形成一个超级巨大的火山口。为何这里却形成了许多小型的环行山谷呢？
超级火山现身
答案要到地下去寻找。众所周知，地幔厚达2900千米，被熔融的外地核和相对很薄的外层地壳夹在中间。火山学家发现，在黄石地表之下，有从地幔向上涌的粘性岩石的漂浮羽状物即地幔上羽柱，北美板块正在它的上面移动。上羽柱如同一只巨大的酒精灯，这一所谓的热点熔化了覆盖在上面的大量的地壳岩石，产生的岩浆则聚集在地下的岩浆房中。
在上面岩石的巨大重压下，随着时间推移，岩浆房里逐渐聚集了更多的岩浆，压力由此产生了。当受压的岩浆托顶上面的地壳，使地壳破裂，产生垂直延伸到地面的裂隙时，一次超级喷发就诞生了。一股股的岩浆沿着新出现的裂隙喷涌而出，最终形成一个环形的喷发口群。当这些喷发口彼此合并时，环状中心巨大的地块柱失去了支撑。这个坚固的岩石“屋顶”坠下，要么整块掉下去，要么碎裂成许多大石块落下，填入下面岩浆留出的空位。就像四周墙壁倒塌的房屋屋顶下坠一样，这种坍塌使环状边缘有更多的岩浆和气体猛烈地释放出来，从而形成了大量的环行山谷。
环行山谷的问题解决了，科学家的心中又涌起了一个新的问题。在过去的1600万年中，在黄石地区发生了多次超级喷发，这种超级喷发的规模远远大于目前世界上的火山喷发规模。美国的圣海伦斯火山喷发是现代人经历的少数几次大规模火山活动，形成的火山岩体积还不到0.5立方千米。而远古时形成环行山谷的喷发，规模大到难以想像。类似美国黄石国家公园级别的火山喷发地，在过去的200万年间，全球只有4处：美国怀俄明州黄石国家公园，加利福尼亚州长谷，印度尼西亚苏门答腊岛多巴，以及新西兰陶波。每次喷发都至少喷出了750立方千米的固体物质，今天世界上的大规模火山喷发和远古的超级喷发相比，实在是不值得一提。
超级火山的威力
假如发生了超级火山爆发，火山灰和喷出的气体将会进入大气层中，造成全球性的火山冬天。
英国有科学家用计算机做过模拟试验，如果黄石公园超级火山爆发，3~4天后，大量的火山灰就会跨过大洋到达欧洲大陆。模拟预示了美国3/4国土将受到影响。最大的危险在方圆1000公里的地区内，这里90%的人口无法幸免于难。大部分人会因为吸进的火山灰在肺里固化而死亡。美国的东海岸也会覆盖1厘米厚的火山灰。
在欧洲，更大的危害是无法预测的，因为这是火山灰形成的粉尘到处飘荡。更大的影响是紧接而至的气温变冷。根据计算机的预测，地球年平均气温会下降10摄氏度左右，北极地区会下降12摄氏度左右。专家预测这样的寒冷气候会持续6到10年，然后才逐渐恢复正常。
地球上的超级火山
1.多巴超级火山（位于苏门答腊岛）
2.黄石超级火山（位于美国黄石公园正下方）
3.长谷超级火山（位于美国加利福尼亚东部中心长谷河谷）
4.陶坡超级火山（位于新西兰）
5.瓦勒斯超级火山（位于美国新墨西哥州）
6.爱拉超级火山（位于日本南部的鹿儿岛）
7.特纳普超级火山（位于西伯利亚地区）
破火山口
破火山口（也称火山臼）通常是由于火山锥顶部（或一群火山锥）因失去地下熔岩的支撑崩塌形成，是比较特殊的一种火山口。猛烈的爆发除了形成破火山口外，还使火山的高度大大降低。如坦博腊火山爆发，产生了一个直径12公里的破火山口，并且海拔高度也随之降低了1400米。外形为碗形的凹地，其直径为数百米至数公里不等。著名的例子是美国黄石国家公园的黄石复式破火山口及日本的阿苏火山。其英文名的语源为西班牙文Caldera，意指罐子或大锅子。
分类
依Howel Williams与T.A. Jaggar的分类法，可将火山臼形成原因分成三类
1. 喷发火山臼（Explorsion calderas）单纯因喷发造成的火山臼
2. 沉降火山臼（Subsidence calderas）单纯因沉降形成的火山臼
3. 复式火山臼（Composite calderas）由喷发后沉降所产生的火山臼
成因
火山臼的面积大，直径通常达到数哩甚至数十哩；以往多认为火山臼的成因是由于猛烈的火山喷发作用（超级火山）所形成，但新的研究显示陷落才是主因。Howel Williams认为部分锅状火口是纯粹由火山爆发所形成，称为喷发火山臼，不过这类的火口臼甚少且面积也较小。
无论火山的形状为为何，最初的形成原因全都是由喷发作用开始，但是大量喷发之后导致火山锥下方空虚，引起火山锥顶陷落使得火山喷发口扩大，进而使得火山口的范围更加扩增，也因此许多火山臼都是先因喷发作用而后再由陷落导致的双重作用所形成，也因此有学者认为此说法应该称做“爆发陷落说” (Explosion-collapse theory)；另有少数火山臼可能是单纯因沈降作用而成，在此沈降发生的前后并未伴随发作用，例如夏威夷群岛上的莫纳洛亚火山口及吉劳亚火山口都是纯粹因为岩浆柱往下方低降导致较上地层陷落而造成，也因此火山口周围通常会发现断层崖壁，并且逐渐层移使火山口周围的崖壁陷落并扩大，之后就形成大型的火山臼；而在沉降火山臼之中有一种较为特殊的形式，称为锅状沉降（Cauldron subsidence），倘若有一块接近圆形的岩块沉落陷入岩浆穴当中，使下方岩浆受到上方压力而沿圆形周围的裂隙垂直窜升，冷却之后造成环状岩墙，因此锅状的火山口通常伴随着被被蚀的环状岩墙构造。
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