尼西亞的火山是世界上最危險(xiǎn)的火山之一。為什么?通過(guò)對(duì)巴厘島和爪哇熔巖中的微小礦物質(zhì)進(jìn)行化學(xué)分析，烏普薩拉大學(xué)和其他地方的研究人員發(fā)現(xiàn)了新的線(xiàn)索。他們現(xiàn)在更好地了解了該特定區(qū)域的地幔是如何組成的，以及巖漿在噴發(fā)前是如何變化的。該研究發(fā)表在《自然通訊》上。

該研究的第一作者、烏普薩拉大學(xué)地球科學(xué)系研究員 Frances Deegan 說(shuō)：“巖漿是在地幔中形成的，而尼西亞地幔的成分過(guò)去只知道部分。對(duì)地球的地幔有更好的了解該區(qū)域使我們能夠制作更可靠的化學(xué)變化模型巖漿在噴發(fā)前沖破 20 至 30 公里厚的地殼時(shí)。”

巖漿的成分因地質(zhì)環(huán)境而異，并且與發(fā)生的火山噴發(fā)類(lèi)型有關(guān)。尼西亞群島是由火山作用形成的，火山作用是由地球上的兩個(gè)構(gòu)造板塊在那里相撞造成的。在這次碰撞中，印澳板塊以每年約 7 厘米的速度在歐亞板塊下方滑動(dòng)。這個(gè)過(guò)程被稱(chēng)為俯沖，會(huì)導(dǎo)致強(qiáng)烈的地震。例如，2004 年的海嘯災(zāi)難就是由沿著這個(gè)特定板塊邊界的運(yùn)動(dòng)引起的。

火山活動(dòng)也出現(xiàn)在俯沖帶。當(dāng)下沉的構(gòu)造板塊下降到地幔中時(shí)，它會(huì)升溫并釋放其中所含的水，從而導(dǎo)致周?chē)膸r石開(kāi)始融化。結(jié)果是火山經(jīng)常爆炸，隨著時(shí)間的推移，會(huì)形成弧形的島嶼群。沿著包含尼西亞南部群島的巽他弧，發(fā)生了幾次災(zāi)難性的火山噴發(fā)。例如 1883 年的喀拉喀托火山、1815 年的坦博拉山和大約 72,000 年前發(fā)生過(guò)大規(guī)模超級(jí)噴發(fā)的多巴火山。

當(dāng)巖漿在地表爆發(fā)之前穿透地殼時(shí)，它會(huì)與周?chē)膸r石發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。因此，它可以在不同的火山之間變化很大。為了更好地了解尼西亞火山活動(dòng)的起源，研究人員想找出源自地幔本身的“原始”巖漿的成分。由于樣品不能直接從地幔中提取，地質(zhì)學(xué)家研究了最近從四座火山噴出的熔巖中的礦物質(zhì)：爪哇的默拉皮和克盧特，以及巴厘島的阿貢和巴杜爾。

研究人員使用來(lái)自二次離子質(zhì)譜儀(SIMS)的強(qiáng)大離子束，這是一種超現(xiàn)代的質(zhì)譜儀，研究了輝石晶體。這種礦物是最早從巖漿中結(jié)晶出來(lái)的礦物之一。他們想要確定的是氧同位素16 O和18 O的比例，這揭示了大量關(guān)于巖漿來(lái)源和演化的信息。

“熔巖由大約 50% 的氧氣組成，地殼和地幔的氧同位素組成差異很大。因此，為了追蹤巖漿離開(kāi)地幔后從地殼吸收了多少物質(zhì)，氧同位素非常有用，”迪根說(shuō).

研究人員發(fā)現(xiàn)，巴厘島輝石礦物的氧組成在穿越地殼的過(guò)程中幾乎沒(méi)有受到影響。它們的成分非常接近它們的原始狀態(tài)，這表明在俯沖過(guò)程中，最少的沉積物被吸入地幔。在爪哇的礦物中發(fā)現(xiàn)了一種完全不同的模式。

“我們能夠看到爪哇的默拉皮顯示出與巴厘島火山截然不同的同位素特征。部分原因是默拉皮的巖漿在噴發(fā)前與地殼發(fā)生了強(qiáng)烈的相互作用。這非常重要，因?yàn)楫?dāng)巖漿與例如在爪哇中部火山下方發(fā)現(xiàn)的石灰?guī)r，巖漿充滿(mǎn)二氧化碳和水，達(dá)到爆點(diǎn)，噴發(fā)變得更具爆炸性。這可能就是默拉皮如此危險(xiǎn)的原因。它實(shí)際上是尼西亞最致命的火山之一：它在過(guò)去的 100 年里，造成近 2,000 人死亡，最近的一次噴發(fā)奪去了 400 人的生命，”烏普薩拉大學(xué)地球科學(xué)系的瓦倫丁·特羅爾教授說(shuō)。

該研究是烏普薩拉大學(xué)、斯德哥爾摩瑞典自然歷史博物館、南非開(kāi)普敦大學(xué)、德國(guó)弗萊堡大學(xué)和荷蘭阿姆斯特丹自由大學(xué) (VU) 的研究人員合作進(jìn)行的。研究結(jié)果增強(qiáng)了我們對(duì)尼西亞群島火山活動(dòng)如何運(yùn)作的理解。

“尼西亞人口稠密，一切讓我們更好地了解這些火山如何運(yùn)作的東西都很有價(jià)值，有助于我們?yōu)榛鹕奖l(fā)做好更好的準(zhǔn)備，”迪根說(shuō)。