专家走进《造岩矿物学》课堂

2022-02-28

整理人：蒋蕾茵

专家信息：

孙卫东

中国科学院海洋研究所 研究员

研究方向：

板块俯冲工厂和板块漂移历史及其驱动力

主要成就：

1、2005年获得国家杰出青年科学基金；

2、2010年获得国家自然科学二等奖；

3、2016年入选万人计划“百千万工程”领军人才；

4、主持与承担多项项目基金委重大项目、国家973项目；

学术贡献：

1、     研究板块俯冲工厂，解决两个重要的科学悖论；“铼镱悖论”和“铌钽悖论”；

2、     洋壳俯冲和铜金成矿；

3、     太平洋板块漂移历史及驱动力研究。

孙晶老师：

   大家好，我是你们的孙老师。又到了“专家进课堂”的环节，那么在2022年1月15日，位于南太平洋的汤加岛国发生了一次非常强烈的火山喷发，一时之间在卫星图上我们可以看到在海平面上“炸开了锅”。那么关于火山喷发，关于汤加这个地方为什么有如此强烈的火山喷发，关于这些问题，今天我们特意邀请到了我在读书期间的偶像——孙卫东研究员，让他来给我们讲讲汤加火山喷发的故事。孙老师是中国科学院海洋研究所的研究员，同时是国家杰出青年科学基金的获得者，还获得了国家自然奖项，是万人计划、973等项目的牵头人，同时孙卫东老师在汤加岛弧这个地方大概做了十几年的研究工作。那我们今天有请孙卫东老师。

    孙老师你好。

孙卫东老师：你好，同学们好。

孙晶老师：

孙老师，我想先替同学们问一个问题，就是火山喷发有哪些种类？汤加火山喷发属于哪一种？

孙卫东老师：

火山喷发大的分成两类，一类跟板块构造有关，一类跟地幔柱有关。跟板块构造有关的又分两类，一类是在洋中脊的扩张脊上的，还有一类是在俯冲带的。汤加是在这个地方，在汤加克马德克俯冲带，它是一个典型的板块俯冲引起的火山。夏威夷是跟地幔柱有关的火山，它在板块中间。地幔柱的火山往往分布在板块内部，板块边缘也会有，那么分布在离散的板块边缘就是洋中脊，这种喷发是比较温和的，而俯冲带因为有很多水、很多挥发份，因此喷发非常剧烈，很多灾难性的喷发都是跟俯冲带有关，当然地幔柱形成大火成岩省会形成更大的灾难。地球历史上多次的生命大灭绝都跟地幔柱头的分布有关。

孙晶老师：

好的孙老师，那我们学生在普地里已经学过了，火山的喷发可能对环境造成一定的影响，尤其是火山喷发可能是严重的一项灾害，那么我想再问一句，环境是否会对火山喷发有一定影响呢？那么什么样的环境会利于火山喷发呢？

孙卫东老师：火山喷发受环境的影响主要是压力的影响，这种情况分两种，一种是大洋内部，海平面下降，火山会加强，海平面升高，火山会减弱；另一种是冰川，如果有冰，它会把上面的岩石圈压下去，压下去以后它就不利于形成火山，火山多数情况下都是有一个减压部分熔融的过程，冰化掉以后它会卸载，就是减压，减压的时候就有利于形成火山，所以环境的影响主要是冰期、间冰期的影响。哈佛大学的一个团队他们在SCIENCE上有一篇文章，讲的是大洋玄武岩的喷发量跟冰期、间冰期的旋回可以对上。

孙晶老师：好的，按照您这样的说法，那是否意味着现在我们全球正处在间冰期呢？

孙卫东老师：

对，我们现在处在间冰期，很多地方正在化冰，如果化冰化得厉害，像格陵兰、南极还有青藏高原这些地方的高山的冰川如果化掉，那么它会加剧火山作用。但是大洋里面就正好相反，大洋里面的火山岩浆活动会减少。

孙晶老师：好的，那今天机会难得，我觉得同学可能也有很多问题想向孙老师请教，那我现在把时间交给同学们，有谁想向孙老师提问吗？

同学：孙老师您好，我想问你几个问题。就是目前汤加火山的发展趋势如何？

孙卫东老师：

汤加火山的火山口是位于一个二十公里直径的海山上，它是在海山的西边，实际上它的中间有过一个很大的火山口，这个火山在历史上每一千年喷发一次，上一次喷发距离现在九百多年，所以估计这一次就是一次大的喷发，但是以后可能还会有，也许再过一千年会有大的喷发，但是小的喷发实际上这几年连续喷发了很多次。我的估计是，如果这次大的喷发就是每千年一遇的大喷发，那么它接下来会安静很久。不过汤加火山带是一个很活跃的火山带，它在往南还有几个我们认为有可能是非常活跃的火山，有可能下一次大的火山喷发就会在那里发生。

同学：好的，孙老师，如果这一次是大的喷发，那跟人类历史上相比，它有没有对我们造成什么地质灾害？

孙卫东老师：

这个火山的影响应该是比较小，我个人认为它基本上没有灾害，很可能还有一点点的用处，因为它喷发出来的硫非常少，只有四十万吨，四十万吨硫是不会对气候产生明显影响，是测不出来的。有些人计算过，只有0.01度的扰动，那几乎是可以忽略的。我这个共享屏幕的左下角有几个火山，像那个维苏威火山就是公元79年造成意大利庞贝古城的那次火山，那个火山就造成了重大灾害。然后皮纳图博是提前知道了这个火山要喷发，所以就疏散了四五万人，最后还是有一千多人的人员伤亡。喀拉喀托是在印尼的雅加达附近，1883年喷发的时候也造成了重大灾害。坦博拉火山是1815、1816年喷发的，它喷发了500立方公里的岩浆，汤加大概不到5立方公里，那么500立方公里的岩浆喷发出来的结果是导致了八万多人遇难，整个全球的气候都受到很大影响。但美洲这个地方也有一个火山喷发跟喀拉喀托的喷发量差不多，但是那里没什么人，所以没有造成什么伤害，全球的气候受到很大影响。整个非洲河流的径流量大概下降到平时的百分之五十左右，非洲引起了很大的灾害。主要取决于喷发的量和喷发的组成，如果有大量的二氧化硫就会对气候造成很大影响，如果没有就影响不大。

同学：谢谢孙老师，我没有什么问题了。

孙晶老师：

好，那孙老师我接着那位同学的问题继续，因为火山喷发可能会造成无夏之年，那么汤加火山喷发会不会造成无夏之年呢？在这里面我有两个问题，第一个是会不会造成，第二个是火山喷发它本身是一个放热的过程，它为什么会让气温降低呢？

孙卫东老师：

汤加火山是不会造成无夏之年的，因为汤加火山的二氧化硫含量非常低，那么火山喷发能够造成无夏之年最典型的是坦博拉，1815年喷发了以后，1816、1817年在北美是每个月都有霜冻，所以就叫无夏之年。原因是这种大的喷发会把大量的二氧化硫输送到平流层去，平流层就会有一个遮挡阳光的作用，它会使得地表温度下降，这种叫火山冬天，有些人认为恐龙灭绝就跟火山冬天有关系。就是大量的二氧化硫在平流层滞留，导致全球气温大幅度下降。

孙晶老师：好的，谢谢孙老师能在百忙之中能够走进我们的课堂。

孙卫东老师：不客气，很高兴。再见。