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美国黄石公园出现异动 数公里地面膨胀大幅隆起

http://www.kexue.com 2011-01-21 09:28:50 新浪环球地理  发表评论


黄石国家公园城堡间歇泉向外冒出蒸汽。(图片来源:Mark Thiessen, National Geographic)

  科学家报告称,美国黄石国家公园的超级火山刚刚进行了一次“深呼吸”,导致方圆数公里的地面大幅隆起,一些区域隆起了10英寸(约合25厘米)。研究人员指出,有关隆起的研究可能为了解火山地下管道提供宝贵线索,最终帮助科学家预测黄石公园的火山何时喷发。

  帮助预测火山喷发

  这座火山大规模喷发的强度可达到1980年圣海伦斯火山喷发强度的1000倍,在过去210万年时间里,大规模喷发次数共有3次。黄石公园座落于怀俄明州,其火山喷口覆盖的面积达到25英里×37英里(约合40公里×60公里)。它在上一次大爆炸后形成,距今大约64万年。自此之后,这座火山小规模喷发了大约30次,最近一次是在7万年前。喷发让喷口充满熔岩和火山灰,最终形成我们今天看到的较为平坦的地带。

  但从2004年起,科学家发现喷口上方的地面以每年最快2.8英寸(约合7厘米)的速度隆起。2007年至2010年,地面隆起速度大幅降低,每年隆起1厘米或者更少。从开始隆起到现在,火山喷口上方的地面最高隆起了10英寸。研究黄石公园火山活动的专家、犹他州大学的鲍勃·史密斯表示:“因为覆盖面积巨大加之幅度很高,这种隆起非常引人注目。”

  科学家认为地下4到6英里(约合7到10公里)的一个不断膨胀的岩浆房导致地面隆起。史密斯说,幸运的是,这种隆起似乎并不是灾难即将发生的前兆。“最初,我们也曾担心地面隆起会导致火山喷发。但在发现岩浆位于地下10公里后,我们消除了这种担忧。如果深度在2公里或者3公里,我们将陷入极大担忧之中。”

  2010年12月3日,《地球物理研究快报》刊登了有关地面隆起的研究论文,史密斯是论文的合著者。他指出,有关隆起的研究可能为了解火山地下管道提供宝贵线索,最终帮助科学家预测黄石公园的火山何时喷发。

  只见隆起不见喷发

  在美国地质调查局黄石火山观测站,史密斯和同事正利用全球定位系统和干涉合成孔径雷达等工具对喷口的隆起和下降进行测绘,雷达能够提供地面变形的测量数据。地面变形说明岩浆正在朝地面移动,达到一定程度后可能喷发。举例来说,在1980年喷发前,圣海伦斯火山曾在几个月内剧烈膨胀。然而,也有很多出现隆起但最后并未喷发的例子,其中就包括黄石的超级火山。过去几千年时间里,这座火山一直处于起起落落的状态,但并未喷发过一次。

  根据当前的理论,黄石的岩浆房由来自地幔并向上喷涌的热岩补充。当流入的岩浆不断增多,岩浆房就会像肺一样膨胀,导致上方的地面隆起。电脑模型显示,在最近的隆起中,每年流入岩浆房的岩浆达到0.02立方英里(约合0.1立方公里)。根据当前理论,在岩浆流入速度趋于缓慢之后,岩浆可能水平移动并最终固化冷却,促使地表下沉。

  史密斯表示,基于掌握的地质证据,过去1.5万年时间里,黄石可能处于一个膨胀和收缩的连续周期,这个周期可能继续。调查结果显示,火山喷口在1976年至1984年之间上升了大约7英寸(约合18厘米),而后又在随后的10年下沉了大约5.5英寸(约合14厘米)。他说:“火山喷口处于时上时下的状态,但偶尔一次‘打嗝’便会导致热液喷发、地震或者最终形成火山爆发。”

  与间歇泉地震有关?

  预测火山何时喷发难度极大,部分原因在于有关黄石地下活动的具体细节仍未确定。此外,由于从上世纪70年代开始才有黄石火山活动的连续记录,从地质学的角度上说,区区几十年的记录简单不值一提,因此很难得出一个准确的结论。地质调查局位于华盛顿的喀斯开火山观测站的黄石专家丹·德祖里辛表示:“地下深处显然存在岩浆源补充黄石火山,因为黄石过去曾经喷发过,此外,我们也在较浅的深度发现了岩浆。地壳内一定存在岩浆,我们还没有掌握所有的热液活动。当前的火山正喷出大量热量,如果没有从岩浆补充热量,整个系统从7万年前也就是上一次喷发到现在早已经固化冷却。”

  这个大型热液系统就位于黄石地表下方,为黄石公园制造了很多著名旅游景观。德祖里辛表示,热液系统在地面隆起过程中可能扮演角色,虽然没有人能够确定影响程度。他提出这样的疑问:“是否存在这样一种可能性,即一些隆起可能不仅由新岩浆流入导致,同时也与热液系统自我封闭和增压有关。在出现裂缝和压力降低时,是否又出现下沉?这些细节都很难确定。”

  重要的新研究领域

  这种研究并不只是简单地观测地面隆起和下沉。不同的区域可能朝着不同的方向移动并且以当前未知的方式相互联系在一起。也就是说,对火山和热液管道网络的测绘工作至今仍未完成。黄石公园每年发生大约3000次地震,可能为了解地面隆起和岩浆房之间的关系提供更多线索。2008年12月6日至2009年1月8日,黄石湖周边地区发生了大约900次地震。

  犹他州大学的史密斯表示,这种地震“频发”允许热液逃离,可能帮助释放岩浆房的压力,同时减缓隆起速度。他说:“大型地震与岩浆流入导致的隆起和变形有关。岩浆流入如何施压于邻近的断层以及断层如何将压力传递给岩浆系统是一个重要的新研究领域。”地质调查局的德祖里辛指出:“由于采用更先进的技术进行研究,我们了解的黄石变形过程变得更为复杂。”(秋凌)


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