黄石火山:“超级野兽”何时狂奔?

2012-05-31 04:01:01 来源: 时代周报 举报
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本报记者  马欢

电影《2012》向我们展示了一场毁灭全球的浩劫,这场浩劫正是从黄石公园的火山爆发开始的。膨胀的岩浆把群山推至火山顶上,随后的爆发把周围一切摧毁,并吞噬掉残余的碎片。有人甚至还认为,这座成立于1872年的国家公园,是美国乃至世界的命门。

“黄石火山最大一次的爆发物质像个大球,你完全可以躲在后面将其作为藏身之地。这么一比较的话,圣海伦斯火山喷出的物质不过是一粒豆子。”《万物简史》一书的作者比尔•布莱森写道。1980年圣海伦斯火山喷发是20世纪以来地球上规模最大的火山喷发之一,造成60多人死亡,将390平方公里土地变成不毛之地。

这座如野兽般的超级火山是否还将暴怒呢?科学家们也和我们一样关心这个话题。种种研究表明,现代的黄石公园并未停留在电影中的想象,亦或是它那灾难性的过去,这里或许存在另一次巨大火山爆发的潜在性。

爆发指数达到8

每一个来到黄石国家公园的游客,都会痴迷于这里色彩斑斓的温泉和沸腾的泥浆池。这里的松树林绵延起伏,积雪铺满山脉,间歇泉带着爆发性的狂怒,向空气中喷射出的蒸汽和水形成塔状,让游客们惊叹不已。人们细细品味着这造化主的杰作,还要探寻狼、野牛和棕熊的踪迹。

无与伦比的自然美景往往使得人们忘记一个事实:这个公园正坐落在一个地下暗流涌动的巨大火山之上。

64万年前,正是这些活火山的爆发,毁掉了一整片山脉,把大群史前骆驼冲至数百里以外,在地面上留下了洛杉矶盆地般大小的烟孔。

公园管理员总是嘱咐游客要与北美野牛和热气腾腾的间歇泉保持一定的距离。除了自然起泡的泥温泉和间歇泉,目前还没有什么迹象表明,这些游客漫游在世界上最大的活火山之一的火山口之中。

如今,通过新的传感器,研究人员证实了有关这座活火山的猜测:科学家以往称为“野兽”的古火山,其实是一种活跃的力量。

这种仪器作为早期的预警系统,可以记录下火山那持续膨胀并连绵起伏的地质运动能量。

反应灵敏的设备巧妙地安置于风景之中,和周边环境融为一体,通过检测,它证实了这片看似宁静的高原其实孕育着极具毁灭性的杀伤力,黄石公园其实是不折不扣的超级火山。

科学家习惯用火山爆发指数来衡量火山的威力,黄石火山是爆发指数达到8的火山。1815年印度尼西亚坦博拉火山猛烈大喷发,造成直接死亡人数约1万人,次年全球气候异常,8.2万人死于后续的饥荒和疫病。这次大喷发成为有史以来对气候影响最大的火山喷发,但火山爆发指数也刚达到7。如果指数达到8的话,能量将是坦博拉火山喷发的十几倍。

科学家观测“超级野兽”

黄石公园观测站由28个电子检测站组成,这一系列检测站分布在公园的不同位置。相关计划需要至少100多个监测点。

犹他州立大学的地球物理学家罗伯特•史密斯,认为黄石火山应得到更多的关注,为此他已据理力争多年。对他来说,观测站的简历让他如愿以偿,这头“超级野兽”终于得到了应有的关注。

史密斯说,一方面,科学家们不能判断黄石火山系统仍处于活跃状态还是处于死火山状态。另一方面是,它看起来真的不像一座火山。

的确,黄石公园实在是太大。从火山口的北边,也就是离上黄石河和下黄石瀑布几英里处,一般人已看不清火山口的南边了。整个火山口的直径超过50公里,虽然在偌大的公园内不算什么,但人们肯定会在一片朦胧之中迷路。

最后一次的火山大爆发发生在64万年前。那场爆发摧毁了数英里的山脉,灰烬散落在美国西部22个州。甚至在距离黄石公园1600公里以外的堪萨斯州,都有着很厚的残余灰烬。到了19世纪30年代,人们才去开采这些火山灰,有人用它作为美容洗面奶的原料。

此后,一系列规模较小的火山爆发填满了火山口,史密斯说:“就像很多条牙膏挤得到处都是。”最后一个冰河时代3000英尺厚(一公里厚)的冰川断掉火山口的边缘,现在这里被群山围起,形成一个宽广而起伏的高原。

地下熔岩在“细火慢炖”

就现状而言,科学家的工作尚未回答在所有问题中最重要的一个:火山会再次从顶端爆发吗?

在过去63万年,黄石公园已经经历了29次火山爆发,这里平均每2万年爆发一次,在公园地下5-10公里处,部分熔岩一直“细火慢炖”,所以,无论火山爆发与否,它都会产生强大而持续的影响。

大多数科学家认为,火山的“热点”源于地核和地幔之间的边界地下1800英里,直到史密斯的出现,才颠覆了他们一直以来的观念。黄石地质新发现表明,这种热点可能在浅层,源于异常的热量和不断变化的压力或一些其他未知的过程。

美国威斯康星大学分析硬化熔岩内微小晶体的研究团队的新研究表明:“火山正在枯竭,但它仍然很有威力,而且正处于活动周期。”

有些人认为,热点正向大陆上更厚和更寒冷的落基山脉地带下移动,那么它将会被有效覆盖。其他人则认为,这覆盖层阻止不了热点的“爆发”。

鉴于火山再度活跃,安全问题日益受到人们的关注。一方面,当地的官员正在编制防灾规划,以防在该地区越来越活跃。另一方面,地面变暖也意味着热量增加了水的压力,这也有可能成为导致爆发的一个原因。要知道,大约13万年前,黄石湖玛丽湾的水热爆发,形成了一个超过3英里的弧坑。

最近一次是发生在1989年,硅土堵满黄石公园诺里斯盆地的猪排间歇泉。在它爆发之后,形成了一个12英尺宽的弧坑,现在称为猪排温泉。

15年1.5万次地震

另外一个值得关注的问题是,在黄石公园频发的地震与超级火山的爆发是否有联系呢?

黄石公园是地球上地震最活跃的地方之一。从加利福尼亚州延伸到蒙大拿州的盆地和山脉,是加利福尼亚州圣安德烈亚斯断层以东地震最活跃的地区之一。随着地壳板块下方移动,它正被拉伸分割开。

史密斯已在这里研究超过30多年了。他和他的研究小组所追踪的地震,在1973年至1998年发生了1.5万次,而且经常成群出现,这并不完全符合传统观念的地震。人们预期会发生地震的地方,正沿着南北断层线垂直拉伸。但也有一些沿着平行的断层线,可这活动似乎与拉伸没有关系。

记录显示,发生在美国1959年里氏7.5级大地震,震中就在黄石公园外面,它把公园西边的山脉移开一大片,埋葬了25名在国家森林野营地熟睡的露营者,切断了麦迪逊河并形成地震湖。

史密斯开始把地震与黄石公园不稳定的火山通管结合起来思考。是否有可能火山运动以及地下岩浆流动产生了地震和间歇泉呢?

地震的能量激发了火山。地震断层显像这种测量方法,就是类似于CT扫描,利用地震所产生的震波,映射地球深部结构。从1.2万次地震显像中,史密斯博士了解到岩浆库的大小和形状。

岩浆也加剧了地热特征。所有的间歇泉盆地都十分相似,在它们下面有着含水多孔岩石层,而且那些水都受到一定压力。水渗至岩浆区域后,随即过热化。当水被迫回流至地表,压力得到释放以及体积不断膨胀,才会导致间歇泉喷发。

地质学家们仍有一个疑问:火山口如何影响断层线,而断层线如何反过来影响火山口呢?五大断层在炽热的火山口停止下来,甚至遥远的活动亦可撼动这里的土地。 2002年11月,在拉斯加丹纳利国家公园发生的7.9级地震波及整个地区,史密斯博士在犹他州的计算机上同时观测到,这次地震还引发了其他500个地震。

他说:“观测结果让人振奋。整个黄石公园被点亮,就像一棵圣诞树那样。有一个护林员打电话给我说,‘在地震前我就打给你了,但它从四面八方向我们涌来。’”

近年来黄石公园的地震已经少很多了。美国地质调查局鲍勃•克里斯蒂森认为不会有另一个灾难性爆发随时发生的可能性,但他不排除一些较小火山爆发。地震,泥石流,间歇泉区的蒸汽爆发都是可能的。像圣海伦火山爆发的规模也有可能,他补充说:“我们必须好准备。”

史密斯则和很多科学家一样对此不能肯定,但他们知道这不是死火山。罗伯特•史密斯教授说:“我们只知道这里的地壳下充满了岩浆,但最终是喷发还是岩浆停止涌动,火山复归沉寂,我们还不好妄下断言。”

(基路亚对本文亦有贡献)

饱受争议的活火山理论

本报记者  马欢

位于美国中西部怀俄明州的西北角的黄石国家公园,是世界第一座国家公园。尽管这座世界自然遗产一直备受瞩目,但从发现开始到此后数年,人们并不相信它是一座巨大的活火山,科学家们也是通过了数年的观测才得出了现在的结论。

1870年,30岁的陆军中尉古斯塔夫•多恩跟随探险队进入黄石位于怀俄明州的领地。当他登上黄石河上海拔3122米的沃什伯恩山时,发现落基山脉似乎缺失了什么东西,方圆数英里都是平地,只在远处有山脉将中间的平地包围,形成一个巨大的森林地盆。多恩只想到一种解释:“这个巨大的盆地曾是某个死火山的火山口。”

1973年,当犹他州立大学的地球物理学家罗伯特•史密斯提出黄石公园火山的“热点理论”时,很快就被科学界的其他专家驳回。根据常识,在地壳板块边缘可以发现火山,但热点主要发生在海底。史密斯说:“人们要好一段时间才能理解。当然,那时的史密斯仍然不知道它是否处于休眠状态。

几乎同时在对黄石公园火山进行研究的美国地质调查局的鲍勃•克里斯蒂森也觉得很困惑,他找不到公园的火山口在什么地方。

直到上世纪80年代,美国航空航天局为拍摄月球设计了一种红外摄影设备,需要先在地球上空拍摄以测试它的性能。黄石公园的地貌才开始完整展现在世人面前。

当克里斯蒂森看到宇航局对黄石公园拍摄的高空照片时,立刻意识到自己没有找到火山口的原因了—因为这个火山口实在太大了。

照片显示,黄石超级火山口长85公里,宽45公里,深约0.67公里。而黄石公园从北到南101公里,从西到东87公里。如果从地面上的任何角度观测,都无法窥其全貌。

很快,克里斯蒂森领导的研究小组,利用这种技术,为黄石公园绘制了大量火山口和岩浆流的地图。他也求助于史密斯,后者记录的地震数据可以显示火山是否仍然活跃。齐心协力的一起合作的两人终于得以发掘火山系统的全貌:一个巨大、活跃的火山,几乎覆盖了整个西北部。

史密斯和克里斯蒂森看到的迹象显示,一个巨大的岩浆柱从地球深处,穿透大陆板块一直往上升。随着板块向西南方向移动,这个火山的“热点”留下了一系列史密斯称之为“古黄石”的迹线,从俄勒冈州到蒙大拿州,穿越南爱达荷500英里(800公里)地带。

新技术带来的观测的证据最终是没有争议的。遭摧毁的地形、熔岩流层,错位的地震断层和黄石火山过热、沸腾的喉管。只有一种力量大到足以说明这一切:一个巨大的火山。不仅如此,新的观测数据进一步证实了史密斯的答案—这次给他们答案的,是黄石公园的道路。

1923年,铺设了第一条通过黄石公园的道路。第一条穿过黄石公园的道路被铺下。在20世纪70年代中期,在那个地方测量旧基准的时候,史密斯发现,在50年里地面已上升1米。

史密斯认为:“由于受到岩浆的作用,整个黄石高地逐渐上升,平均每年要上升1.5厘米。它就像一个活生生而且会呼吸的东西。”

这只有一个解释。火山一直向上膨胀。史密斯和他的学生们花了两年时间证实这个观察报告。到1979年,当他在《科学》杂志上发表的研究结果,甚至怀疑论者也越来越相信,黄石是一座活火山。

直到1985年,火山口一年上升一英寸的。到1987年的测量结果表明,火山口每年下降了2.5厘米。在1995年它再次开始上升。火山口现在朝着西南方向再次膨胀。

通过这些观测出来数据表明,黄石公园火山的确在运动的,它是一座不折不扣的活火山。曾经史密斯颇有争议的观点已经迫使许多地质学家重新思考“热点”的定义以及它们是如何工作的。

(基路亚对本文亦有贡献)

netease 本文来源:时代周报 责任编辑:王晓易_NE0011
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