毀滅世界的超級火山

黃石國家公園是美國最大、最著名和建立最早的國家公園，公園面積9000平方千米，大部分是開闊的火成巖高原地形。公園內部地質構造復雜，曾發生過強烈的火山活動，地面大面積覆蓋著熔巖，地殼至今仍不穩定。公園中溫泉和熱泉隨處可見，每年吸引了大批游客到此觀光。

由于黃石國家公園火山活動比較頻繁，因此這里也吸引了火山學家的關注，他們很早就發現了公園內火山口的一個奇怪現象，但是直到最近，才做出了科學的解釋。

環形山谷之謎

在黃石地區還沒有建立公園時，火山學家就在這里發現了大量的環行山谷。這些山谷直徑約30千米至60千米，深幾千米，很像破火山口的形狀。處于火山口下方的熔融的巖漿房(地下儲存巖漿的空間)排空后，上方的地面塌陷下去，就形成了破火山口。如此多的環行山谷，似乎表明這里經常有小型的火山噴發，每一次形成一個這樣的山谷。

然而，早期的研究者發現，這些山谷坐落在地球上規模最大的火山巖沉積的附近，而且火山熔巖是一次單獨的火山噴發事件形成的。從熔巖的體積估算，他們眼前的火山噴出物比人們熟悉的1980年圣海倫斯火山噴發后形成的火山巖還要大幾百甚至幾千倍!通過估算噴發物質的體積，研究者發現，火山之下的巖漿房一定也是超級龐大的。但是，一次如此猛烈的超級噴發，應該形成一個超級巨大的火山口。為何這里卻形成了許多小型的環行山谷呢?

超級火山現身

答案要到地下去尋找。眾所周知，地幔厚達2900千米，被熔融的外地核和相對很薄的外層地殼夾在中間。火山學家發現，在黃石地表之下，有從地幔向上涌的粘性巖石的漂浮羽狀物即地幔上羽柱，北美板塊正在它的上面移動。上羽柱如同一只巨大的酒精燈，這一所謂的熱點熔化了覆蓋在上面的大量的地殼巖石，產生的巖漿則聚集在地下的巖漿房中。

在上面巖石的巨大重壓下，隨著時間推移，巖漿房里逐漸聚集了更多的巖漿，壓力由此產生了。當受壓的巖漿托頂上面的地殼，使地殼破裂，產生垂直延伸到地面的裂隙時，一次超級噴發就誕生了。一股股的巖漿沿著新出現的裂隙噴涌而出，最終形成一個環形的噴發口群。當這些噴發口彼此合并時，環狀中心巨大的地塊柱失去了支撐。這個堅固的巖石“屋頂”墜下，要么整塊掉下去，要么碎裂成許多大石塊落下，填入下面巖漿留出的空位。就像四周墻壁倒塌的房屋屋頂下墜一樣，這種坍塌使環狀邊緣有更多的巖漿和氣體猛烈地釋放出來，從而形成了大量的環行山谷。

環行山谷的問題解決了，科學家的心中又涌起了一個新的問題。在過去的1600萬年中，在黃石地區發生了多次超級噴發，這種超級噴發的規模遠遠大于目前世界上的火山噴發規模。美國的圣海倫斯火山噴發是現代人經歷的少數幾次大規模火山活動，形成的火山巖體積還不到0．5立方千米。而遠古時形成環行山谷的噴發，規模大到難以想象。類似美國黃石國家公園級別的火山噴發地，在過去的200萬年間，全球只有4處：美國懷俄明州黃石國家公園，加利福尼亞州長谷，印度尼西亞蘇門答臘島多巴，以及新西蘭陶波。每次噴發都至少噴出了750立方千米的固體物質，今天世界上的大規模火山噴發和遠古的超級噴發相比，實在是不值得一提。

有超級噴發，就意味著有超級火山。幾乎所有的火山專家都同意，如果今天的地球上發生一次這樣的噴發，人類將難以承受這樣的打擊，從天而降的酸雨就會讓農業崩潰。

酸雨毀滅世界?

火山噴發產生的各種氣體中，二氧化硫對環境造成的影響最大。它和氧氣及水反應，產生微小的硫酸液滴。在超級噴發之后，這些液滴是阻礙陽光的主要物質，使全球的氣候變冷。由于全球的水循環需要很長時間才能將酸液滴全部洗去，許多超級火山的研究者作出預言，“火山冬天”將持續幾十年，甚至超過一個世紀。酸雨落到地面，會對植物造成直接危害，讓農作物大幅度減產。如果超級火山在現代噴發，“火山冬天”若持續幾年，人類恐怕就將面臨沒米下鍋的悲慘境地。同時，全球陷入長期寒冬，燃料也將成為大問題。

但是在最近一些年，少數科學家提出了相反的觀點，他們認為酸雨和“火山冬天”似乎并沒有那么可怕。

巨大的火山噴發產生的硫酸痕跡可以在南北極的冰雪中找到，由被污染的大氣中的酸沉積到冰雪上留下。1996年，研究格陵蘭和南極洲冰核的調查者發現，7.4萬年前多巴的超級噴發之后，兩極地區的冰雪中出現了硫酸含量高峰。那次噴發噴出了2800立方千米的熔巖和火山灰，使全球氣溫下降了5℃到15℃。嚴寒的后果是嚴重的，但并不如過去想象的那么長久；冰記錄中的硫酸痕跡僅過了六年就沒有了；一些研究者甚至認為，硫酸痕跡也許只存在了一兩年。

看來“火山冬天”并不可怕，酸雨帶來的影響是短暫的，這真是個好消息。但是研究者卻警告世人，不要低估了超級火山的威力，它會在另一個“戰場”上向人類發動襲擊。

超級火山的終極武器

過去五年里，科學家發明了一種新的方法，能夠研究火山酸雨中的氧原子成分。火山噴發出的二氧化硫要轉變成硫酸，必須經過氧化，換句話說，它必須從已經存在于大氣的某些其他成分中獲得兩個氧原子。大氣中的什么分子能夠提供給二氧化硫足夠的氧原子呢?

火山學家把目光落在了臭氧上。臭氧是一種由三個氧原子組成的氣體分子，氧化其他物質的能力很強，由于保護地球免遭危險的紫外線侵襲，臭氧名氣很大。在高空強烈的太陽輻射下，臭氧的形成十分特殊，人們發現，在臭氧分子中，氧的一種同位素——氧17的含量很高。

前不久，在史前黃石火山噴出的火山灰標本中，加利福尼亞大學的地球化學家首次發現了二氧化硫與臭氧發生反應的證據，標志是臭氧中氧同位素的特征已經出現在生成的酸中，這種特征還保存在地面的硫酸鹽化合物中，這些化合物是由酸雨與早已落在地面的火山灰發生反應而形成的。

這個發現說明，當火山噴發時，噴出的二氧化硫會消耗掉大氣同溫層中的臭氧。臭氧層中臭氧減少，將導致大量的致命紫外線到達地球表面，對生物造成嚴重的遺傳損害。極地冰核中的證據表明，1990年皮納圖博火山噴發導致地球臭氧層出現了3％到8％的臭氧損失。但是假如有比這次事件強烈100倍的噴發事件出現，將會發生什么?假如超級火山噴發，臭氧層不可避免地會出現巨大的空洞，紫外線從高空傾瀉而下。這種影響比酸雨和“火山冬天”要長遠得多，對生物界的危害似乎更嚴重，生物的大規模死亡不可避免。

人們已經開始認識到超級火山的威力，可惜的是，不論人們了解了多少，都不能阻止一次超級噴發。面對超級火山的威脅，目前人類似乎只能祈禱自己有好運氣。好消息是，火山學家已經足夠了解可能出現超級噴發的地點，而且能夠有把握地預測：短期內不會有這樣的大災難降臨地球。

（選自《科學之謎》）