黑龙江五大连池旅游攻略联盟

宇宙自然生命简史:34 黄石公园=黄石火山

科学有故事2018-11-07 07:20:13



就预报的期望值和准确性之间的落差而言,火山学家和地震学家可能是这个世界上最胸闷的科学家群体。但毫无疑问,火山学家肯定是因预报失败而最倒霉的一群人,甚至有时候要付出生命的代价。这里就有一个惨痛的例子,就在云仙岳灾难发生后的不到两年,另一组火山观测者在亚利桑那大学的威廉(Stanley Williams)带领下,走进一座位于哥伦比亚的叫格莱拉斯(Galeras)的火山口。尽管刚刚熄灭没几年,硝烟未尽,在威廉的队伍中仅仅只有 6 名队员戴着安全帽或是穿着其他的防护装备。谁知,火山却突然喷发了, 6 名科学家以及 2 名跟着他们的游客遇难。还有一些人受了重伤,包括威廉本人。


事后,全世界有很多火山学的同行纷纷说威廉无视许多重要的喷发信号而鲁莽行事。他写了一本完全没有任何自责的书作为回应,书名叫《格莱拉斯火山幸存记》(Surviving Galeras)。他在书中自述当他听到那些指责的言论时,他“惊讶得直摇头”。他还写道:“用事后诸葛亮的方式去中伤一个人有多容易啊。”他自认为自己最倒霉的事情是挑了一个不幸的日子,因为格莱拉斯火山“变化无常,自然的力量往往都是这样。我上了大当,从这个角度来说,我有责任。但我对同伴的死亡并没有负罪感,因为我们面对的可是火山喷发啊。”

现在,让我们再回到华盛顿州。圣海伦斯火山在喷发之后,山峰被削掉了 400 米,600 平方公里的森林尽数被摧毁,足以建造 15 万栋房子(也有说 30 万栋)的树木被掀翻。经济损失达到 270 亿美元。在 10 分钟内,一个巨大的由火山灰形成的烟柱冲上了 18000 米的高空。有一架远在 48 公里之外的飞机报告说遭到了石块的袭击。


这次火山喷发的 90 分钟后,130 公里之外的亚基马(Yakima),一个 5 万人口的社区便遭遇了像下雨一样的火山灰尘爆。正如你能想象到的那样,火山灰把白天变成了黑夜,飘进了几乎所有的地方,塞住了发动机、发电机和各种电器设备,堵住了行人的喉咙,阻塞了过滤系统。总之,一切都瘫痪了。机场和进出城市的高速公路也都关闭了。亚基马完全没有应对火山预案,尽管那座火山 2 个月以来一直在发出不详的隆隆声。灾难发生时,该市的紧急广播系统本应发挥作用,却没有出声,因为据后来的知情人士说“周日早上的工作人员不晓得怎么操作设备。”亚基马瘫痪了整整 3 天,与世界切断了联系,机场关闭,道路不通。圣海伦斯火山喷发后,整个城市都覆盖了一层超过 1.5 厘米的火山灰。请你在这里留点意,在亚基马发生的这一切是在距离火山口 130 公里之外,亚基马刚好不幸地位于下风口。现在,请你在脑子中记住这些,因为我们马上要讨论黄石火山爆发的后果。


上世纪 60 年代,美国地质勘探局的克里斯琴森(Bob Christiansen)在研究黄石国家公园的火山史时,对一件事情感到很困惑,并且最奇怪的是不是这件事情本身,而是这么奇怪的事情居然此前一直就没有人提出来过。什么事情呢?他在整个公园中都找不到火山口。很久以来,似乎人人都知道黄石公园是由于火山活动而形成的,因为那里有随处可见的热泉和蒸汽散发点,这些东西都是火山活动最普遍的明显特征。但是,克里斯琴森却怎么也找不到所谓的黄石火山到底在哪里,尤其找不到一种叫“破火山口”的结构。


为什么要加个“破”字呢?对我们大多数人而言,一想起火山,总是会想到富士山或是乞力马扎罗山这样经典的锥形结构。它们是由于喷发出来的岩浆堆积成了对称形状的岩堆。有时候,它们形成的速度惊人的快。1943 年,墨西哥帕里库廷(Paricutin)的一个农民吃惊地看着自己的一块地里冒起了烟,仅仅一个星期之后,他就莫名其妙地成了一座 152 米高的锥形山的主人。在 2 年内,这座小山长到了接近 430 米高,直径超过 800 米。地球大约分布着一万座这样典型的火山,但除了百来座之外,全都是死火山。但是,还有另外一种火山,知道的人不多,而且也不会造山。但是这种火山却会爆炸性地撕开大地,留下一个巨大的坑,这就是破火山(Caldera,源自拉丁文“大锅”一词)。黄石公园显然是属于这第二种类型,但是克里斯琴森却哪儿也找不到破火山。


凑巧的是,就在此时,美国航天局决定拍几张黄石公园的卫星照片,以测试最先进的照相机。一位考虑周到的官员把一些照片的拷贝送给了黄石公园的管理机构,因为他觉得这些照片挂在某个游客中心可以作为一个漂亮的展示。克里斯琴森一看到这些照片,立即明白了为什么他找不到黄石火山了,因为整个 9000 平方公里的公园,就是一个破火山。那次火山爆发留下了一个直径 65 公里的大坑,大到无法从地面上的任何一个地方看出来。直径 65 公里有多大,大家可能没概念,我们可以这样想,直径 65 公里的圆,周长大约是 200 公里左右,上海的外环线和北京的五环线的全长都是 100 公里不到点,换句话说,黄石公园的火山口可以轻轻松松地把上海市区和北京市区给一口吞进去,还绰绰有余。所以,你可以想象,在过去的某个时刻,黄石一定以一种远远超出人类已知的任何等级的强度大爆发过。



黄石公园整个就是一座超级火山。从它的地下 200 公里深处一直到接近地表,整个就是一个熔岩容器,学界称为“超级热柱”(superlume)。黄石公园就坐落在这个巨大的热源之上,它为公园中所有的喷气口、间歇热泉、温泉和冒泡的泥坑提供了源源不断的动力。地表之下的这个岩浆池直径约 72 公里,几乎与整个黄石公园一样大,岩浆池最深的地方能达到 13000 米,比珠峰还高。你可以想象一堆差不多相当于 4、5 个上海市区的面积的 TNT 炸药,一直堆到 13000 米高,足以触到最高的卷云。在黄石公园旅行就象是在这堆炸药上漫步。如果它炸起来了,这种灾难已经完全超出常人的理解能力了。更加令人不安的是,到了 2015 年,又有了新发现。根据 NPR,也就是美国国家公共电台 2015 年 4 月的报道,犹他大学的研究人员发现了第二个岩浆库,而且比第一个还要大得多。研究人员说,库里有足够的岩浆,可以填满大峡谷 11  次。犹他大学的地震学家在《科学》杂志上撰文指出,第二座岩浆库在第一座的更下方,比第一座要大上 4.5 倍。按照伦敦大学院麦克圭尔教授的说法,一旦黄石喷发,“你就别想能走进离它 1000 公里以内的地方。”但随之而来的次生灾害会更糟。


黄石所在的几根超级热柱的形状很像一只马天尼酒杯,杯身很细,但在接近杯口的地方扩展开来,形成了一个巨大的装满不稳定岩浆的超级巨碗。根据目前的理论,它们不会总是猛烈爆发,但有时会涌出巨量的熔岩流,就像发生在 6500 万年之前的印度德干暗色岩,覆盖的区域超过 50 万平方公里,源源不断喷出的有毒气体可能对恐龙的灭亡也起到了作用,当然不是什么好作用。超级热柱或许还要为造成大陆分离的裂隙负责。


这种热柱其实并不少见。现今全世界大约还有 30 根活动的热柱。它们是世界上许多著名的岛屿或是群岛产生的原因,比如冰岛、夏威夷群岛、亚速尔群岛、加那利群岛和加拉帕戈斯群岛。南太平洋中部小小的皮特凯恩岛,以及许多别的岛。但是只有黄石公园是在陆地上的。没有人能从根本上搞清楚黄石的热柱最后怎么就在陆地下面形成了。但有两件事是确定的:黄石公园所在的地壳很薄,下面很热。但到底是因为下面热才导致地壳很薄还是因为地壳薄才导致下面很热,这就是个争论激烈的问题了。不同的地壳性质会使得热点的喷发状况产生巨大的不同。其他地方的超级火山一般在喷发时是比较平稳的,相对也更常见,但黄石火山却会猛烈爆发,虽然不常见,但一旦爆发,你最好能躲得远远的。



我们已知的最早一次爆发是在大约 1650 万年以前。自那以后,大约又有过 100 次爆发。最近的三次爆发是有明确的地质记录的。最后一次爆发的强度是圣海伦斯火山的 1000 倍,再上一次是 280 倍,再上一次的强度非常巨大,无法准确地估计,但至少也有 2500 倍,也可能达到可怕的 8000 倍。绝对没有什么已知的火山喷发能与之相比。我们所知的最大的一次火山喷发是 1883 年 8 月发生在印尼的喀拉喀托火山,那次火山所发出的巨响在全世界回荡了 9 天, 甚至让遥远的英吉利海峡中的海水都晃个不停。但是,如果你把这次火山喷发出来的所有物质想象成一个高尔夫球大小的话,那么圣海伦斯火山的喷出物不会比一颗豌豆大,而最强烈的一次黄石火山爆发的喷出物足以形成一个可以把你完全遮住的大球。


200 万年前的那次黄石火山喷发出的灰烬可以把整个福建省埋在 20 米之下。这些火山灰最终形成了我们在前文提到的沃尔斯在内布拉斯加东部发现的化石床,当时那次爆发发生在今天的爱华达州。但是别忘了大陆板块是在以每年 2.5 厘米的速度漂移,经过了 200 万年之后,就变成了今天的怀俄明州西北部(但是热源本身却始终固定在同一个地方,就好像一根始终直指天花板的火柱一样)。黄石火山造就了肥沃的火山灰平原,是种植土豆的最理想之地。爱华达州的农民们很早就发现了这一点。地质学家们开玩笑说再过 200 万年,黄石公园就可以为麦当劳生产法式薯条,而蒙大拿州比林斯(Billings)的人们会围着间歇泉翩翩起舞。


最近一次黄石火山喷发出的火山灰覆盖了美国 19 个州的全部或部分(包括加拿大和墨西哥的一部分地区),这几乎是美国密西西比河以西的全部地区。这些地方可是美国的大粮仓,生产了几乎全世界一半的谷物粮食。我必须提醒你一点,火山灰与下雪可不一样,哪怕再大的雪灾,到了春天也就都化掉了。但是火山灰一旦下下来,它可不会自己化掉。为了让你理解清理这些火山灰的工作量,我得给你举个例子。纽约的世贸大厦倒掉后,产生了 18 亿吨废墟,几千名工人用了 8 个月的时间才把这些废墟清理干净,你现在可以想象一下如果全中国的大部分土地上都覆盖了这样的废墟,我们得花多大的力气才能清理干净。



我们再来讨论一下这种规模的火山爆发对气候的影响。地球上发生的最近一次超级火山喷发是 74000 年前苏门答腊北部的托巴火山喷发。虽然没人能知道它准确的大小,但肯定是相当巨大的。格陵兰的冰核显示,托巴火山至少造成了随后 6 年的“火山冬天”,天晓得之后又有多少个糟糕的生长季。据认为,那次事件让人类濒临灭绝,全球人口的数量不超过几千人。这也意味着所有的现代人都是在这个小小的基数上繁衍出来的,这或许解释了为什么人类的基因缺乏多样性。有证据显示在这之后的 2 万年中,地球上全部人口的数量就一直没超过几千。不言而喻,从一次这样的火山爆发中恢复需要很长很长的时间。


所有这一切原本都仅仅只是一些有意思的假想,直到 1973 年发生的一件怪事,让假想突然变得恐怖起来。那一年,位于黄石公园中心的黄石湖水突然从湖的北面浸了出来,吞没了大片的草地,而对岸南面的水却神秘地消失掉。地质学家们迅速展开了调查,很快就发现公园里有一大片区域不详地鼓了起来。这导致湖的一头被抬高,湖水自然就朝另一头流动,这就好像你把婴儿的洗澡盘一端抬起来一样。到了 1984 年,公园中心区域超过 100 平方公里的土地已经比 1924 年首次正式测量的结果要抬高了 1 米之多。接着,到了 1985 年,这一区域又下沉了 20 厘米。我在国家地理杂志 2011 年 1 月的一篇报道中看到,从 2004 年开始,科学家观测到,火山口上方的地面以每年 7 厘米的速度在上升。


2007 年至 2010 年间,上升的速度下降到了每年 1 厘米或以下。然而从岩浆储源的膨胀开始,火山的地表高度已经累计上升了多达 25 厘米。犹他大学的鲍勃·史密斯是黄石火山活动的资深专家,他表示:“这是一次非同寻常的抬升,因为它覆盖了这么大的区域,抬升的高度也很可观。”科学家认为是地表以下 7 至 10 公里的岩浆库的膨胀造成了火山口地面的抬升。但史密斯表示:“幸运的是,突然上升的地面并不意味着灾难即将发生。”我估计要么是记者选择性忽略了史密斯的后半句,要么就是史密斯把后半句咽回肚子里去了,这下半句应该是:“当然也不意味着灾难不会发生,火山和地震一样难以预测”。


地质学家们认为,造成以上种种现象的原因只有一个:活跃的岩浆池。黄石根本不是一座远古死火山,它是活的。目前,地质学家们还计算出了黄石火山每次大喷发的平均间隔时间为 60 万年,而上一次喷发是在 63 万年前。看来,似乎又到时候了。



往期:

宇宙自然生命简史:33 对地下世界我们了解多少?

宇宙自然生命简史:32 来自地底深处的威胁

宇宙自然生命简史:31 人类会被小行星毁灭吗?

宇宙自然生命简史:30 恐龙灭绝问题怎样解决的?

宇宙自然生命简史:29 天坑之谜

宇宙自然生命简史:28 板块构造学说

宇宙自然生命简史:27 漂移的大地

宇宙自然生命简史:26 超弦和宇宙年龄

宇宙自然生命简史:25 恼人的粒子物理学


长按识别二维码,收听更多



Copyright © 黑龙江五大连池旅游攻略联盟@2017