火山爆发新启示：不仅水，气态二氧化碳也或成元凶

地质学家探索：深地岩浆中的气态二氧化碳可能引发火山爆发

地球科学领域的突破性发现！长期以来，地球科学家一直坚信水和浅层岩浆是火山爆发的主要推动力。然而，康奈尔大学的研究者们利用创新的研究工具，揭示了令人惊讶的事实：气态二氧化碳也可能是火山爆发的元凶之一。新的研究模型展示了通常位于构造板块内部的玄武岩火山，其岩浆燃料源自地幔深处，约位于地球表面以下20至30公里的地方。



这项引人注目的研究为我们更加清晰地勾勒出地球深部的动态与组成，对于改善火山灾害预测与规划具有重大意义。最近，研究成果在《美国国家科学院院刊》上发表。康奈尔大学工程系地球与大气科学系的资深教授Charles N. Mellowes和Esteban Gazel认为：“我们一直认为火山活动仅限于地壳。然而，我们的数据表明，岩浆直接源自地幔，快速穿越地壳，受气态二氧化碳外溶解（气体与液体分离的过程阶段）的推动。”

Gazel指出：“这颠覆了以往的火山爆发模型。传统上，水被认为是主要的喷发推动力，但实际上，地幔中的岩浆是由二氧化碳供应的。”四年前，Gazel与年仅22岁的博士后研究员Charlotte DeVitre（现为加州大学伯克利分校的研究员）共同开发了一种高精度的二氧化碳密度测量仪器，通过拉曼光谱技术测量微小气泡中的二氧化碳含量。

这些微小气泡富含二氧化碳，被封存在火山爆发形成的晶体内部。科学家利用拉曼光谱测量并使用新开发的密度测量仪量化这些气泡。实质上，他们正在研究一种微型时间胶囊，以了解岩浆的历史。这项技术对于准确估算岩浆储存量至关重要，Gazel的研究团队在2021年加那利群岛拉斯帕尔马斯火山爆发期间进行了验证。

此外，研究人员还开发了一种评估激光加热对富含二氧化碳的包裹体影响的方法，以及准确评估熔融包裹体和气泡体积的方法。他们还提出了实验性的再加热方法，以提高测量精度，并考虑气泡内部碳酸盐晶体中捕获的二氧化碳。

Gazel表示：“尤其是在大流行病严重的时期，方法的开发和仪器设计都具有挑战性。”借助这些新工具，科学家们详细研究了大西洋塞内加尔以西的佛得角佛戈火山的火山沉积物。他们惊讶地发现，富含在镁铁硅酸盐晶体中的微小熔体包裹体中含有高浓度的挥发性物质。更高的二氧化碳含量表明，岩浆储存在地表以下数十公里深的地幔中。

研究小组还发现，这一过程与供应这些火山的深部地幔源有关。研究指出，像佛戈火山这样的火山爆发是由地幔中的岩浆启动并供应的，它有效地绕过了地壳中的储存，由深部的二氧化碳推动。

Gazel解释道：“这些岩浆的粘度极低，直接来自地幔。因此，在这种情况下，粘度和水并不像较浅和（或富含二氧化硅的）火山系统中那样起作用。相反，在佛戈火山，岩浆必须在二氧化碳的驱动下迅速上升，这可能在其爆炸行为中起到关键作用。这是了解玄武岩爆发机制的重要一步。”

同时，Gazel还是康奈尔大学阿特金森可持续发展中心的研究员，他指出，了解岩浆储存情况有助于更好地准备未来的火山爆发。