美国黄石公园下面的超级火山仍在活动/组图

金牛银熊

美国黄石国家公园地下涌动的岩浆正在使地表上升并不断颤动。过去这些火山喷发的时候能量达到圣海伦斯火山喷发能量的上千倍。没有人知道将来会发生什么。

图1 积雪融水和雨水在地表以下上百英尺的地方被加热，从Sawmill间歇泉中喷出20英尺高的水柱。凝固的旧时熔岩流覆盖了大部分地区。



图2 Pump间歇泉的红外线图象展示了地球沸腾的活力源泉。白色的是超过200华氏度热得咝咝响的区域，蓝色的是像冬天般寒冷的区域。



图3 富含硅质的水像黄金一样流入Firehole河。浮在表面的是一层薄薄的喜热细菌，菌群从热泉中吸取热量，从而形成表面变色。



美国黄石国家公园地下涌动的岩浆正在使地表上升并不断颤动。过去这些火山喷发的时候能量达到圣海伦斯火山喷发能量的上千倍。没有人知道将来会发生什么。

1870年8月29日，一位名叫Gustavus Doane30岁的陆军中尉爬到了俯瞰黄石河的沃什伯山(Mount Washburn)山顶，这是他在怀俄明州境内的黄石地区探险之旅的一部分。当他站在山顶向南眺望，他发现在洛矶山脉的延展范围内，本应是群山的地方却不见山峰。隔了很远一段距离，才又有山峰出现，中间形成了一大片森林覆盖的盆地。Doane对这一现象思考后认为只有一种解释，他写到：“这巨大的盆地是从前一座巨大的火山留下的遗迹，现在火山已经喷发完消失了”

这位中尉说对了：黄石是座火山，而且绝不同于其他一般的火山。这座历史最悠久也最负盛名的美国国家公园正好座落在地球上最大的火山之上。然而，更确切地说，Doane也有说的不对的地方: 黄石火山并没有消失，更让人不安的是，现在这些火山非常活跃。

地球上有火山，还有超级火山。对超级火山并没有公认的定义，这一称呼是因2000年BBC拍摄的一部纪录片流行开来的，但一些科学家用这个名称描述异常强烈和喷发量特别巨大的火山喷发。美国地质调查用这一名称形容一次喷发量超过1000立方公里浮石和灰尘的喷发，这一数量是1883年印尼喀拉喀托火山喷发量的50倍。喀拉喀托火山那次喷发异常惨烈，使超过36000人丧生。火山喷发形成山峦，超级火山喷发则使山峦灰飞烟灭。火山喷发使周围几公里的植物和动物丧命，超级火山喷发则有可能改变整个行星的气候而导致所有物种的灭绝。

在有记载的人类历史上还没有经历过超级火山喷发，但地质学家已经分析出超级火山喷发时的情形。首先，行星的内部深处积聚起来的热量在地壳下面熔化岩石，形成一个充满岩浆，半液体岩石，水蒸气，二氧化碳以及许多其他气体混合物的承压的巨大的穹室。在几千年的时间中穹室中的岩浆不断积聚，其上方的地面开始几英寸几英寸地上升。随着时代的变迁穹室的上方开始有了裂缝，岩浆就好像是夜贼在木地板上发现了通往上层的大洞。当穹室中的压力通过裂缝释放，溶解在岩浆中的各种气体突然大量逃逸出来形成爆炸。美国地质测量学家Bob Christiansen说：“这就像打开一瓶摇晃过的可乐”。Bob是从20世纪60年代就开始研究黄石火山的先驱。当岩浆全部喷出，穹室的顶端塌陷，整个穹室就会落向地底，好像地球将自己消耗得筋疲力尽。剩下的是一个巨大的喷火山口，这个词正是来源于西班牙语的“大锅炉”。

黄石火山在过去1800万年的岁月中已经喷发过很多次。由于热点植根于地下，其上的地质板块正在向西南移动，更古老的巨大喷火山口形成了一串巨型珠子一样的排列，从南爱达荷州延伸到俄勒冈州和内华达州，后来的岩浆流形成了斯内科河平原（Snake River Plain）上像月球表面一样的地貌。

最近的三次超级火山喷发都是在黄石地区。最近的一次是在64万年前，喷发量相当于1980年使华盛顿57人丧生的圣海伦斯火山喷发量的1000倍。但数量并不足以形容喷发的实际规模。科学家计算出黄石火山喷发的灰柱上升到10万英尺高，落下的碎片向西延伸一直到达墨西哥湾。火成碎屑物，包括浓厚致命的尘雾，岩石和气体，达到1470华氏度高温，沿着地表翻滚成高耸的灰色烟云。这些云将整个山谷填满了几百英尺厚又热又重的东西，就像在一片曾经青翠的地面严严实实地铺上了一层沥青。这并不是黄石经历的最猛烈的时刻。2100万年前的那次喷发比这次还要猛烈两倍，在地表留下了一个像Rhode岛一样大的洞。1300万年前的那次喷发相对来说小些，但仍然破坏性极大。

图4 Firehole河的红外图象展示了泉水的热梯度，从滚烫的白色到热的红色到稍凉的黄色和绿色再到冰冷的蓝色。



图5 地球勃勃生机的壮观体现。老忠实泉向晚冬的天空中喷出180英尺高的水柱。黄石公园中总共有大约10000处热水景点，包括超过300个间歇泉，翻泡沫和咝咝响的泉口。



图6 这幅红外线图象中Pump间歇泉的热水与冰冷的蓝色背景形成对比。黄石地区周期性的地震使这些间歇泉免于被矿床阻塞。



每一次喷发，整个星球都能感受到它的能量。上升到同温层的气体与水蒸气混合形成了薄薄一层硫酸盐浮质遮蔽了阳光，或许正是由此形成了“火山严冬”。根据一些研究，我们人类体内的DNA或许就记载了74000年前的那场灾难。当时一座在印度尼西亚名为Toba的超级火山喷发。其后的火山严冬使全球气温下降，并使全球人口减少到只剩几千人——几乎使人类灭绝。

即使喷发时那样壮烈，这些超级火山并没有留下太多明显的痕迹。黄石火山口已经风化，并且被后来小规模火山喷发（最近的一次喷发是在7万年前）流出的岩浆填平，又被冰川磨平。平静的森林覆盖了一切还未完全抹去的伤痕。这一切使发现曾经的变迁变得十分不易，除非你有像Doane一样的好眼力，或者有地质学家向你解释。

“你看到的是整个喷火山口的三分之二，由于面积特别巨大，人们并不能意识到它的存在。”Bob Smith说到。Smith是犹他州立大学的地质学家，他也是黄石超级火山的先驱研究者。我们正站在比尤特湖上方（Lake Butte），在黄石湖的东端俯瞰，这是观察喷火山口的最佳地点之一。但我却看不到喷火山口。我只能看到在我们下方湖泊延伸几英里远，北侧有一些小山丘——曾经的岩浆穹室。但我找不到明显的喷火山口的边缘，因为很大一部分已经沉在湖底，也由于这喷火山口的面积实在太大了——大概直径有45英里。就像Doane站在沃斯伯山上，我只看到地平线上的山脉还有西方没有山的一片地区，那些没山的地区就是曾经超级火山喷发过的地方，就是在那喷发的几天时间里这些山将自己吞没了。

过去火山喷发的后果今天仍然能够切实感觉得到。公园中最多的树木松树就适于在养分贫瘠的土壤中生长，就像在黄石喷火山口上那样。白皮松树也是一样，这些树的果实喂养了灰熊和黑熊。

当然，正如同喷火山口名字所说，这些地面都已经被灼烧过。如果没有黄石湖底的温泉，冰冷的湖水中不可能有这么多喜好温水的鲑鱼。黄石公园里到处是间歇泉，喷气孔，泥浆火山，还有许多其他的和热水有关的现象。地球上一半的间歇泉都在黄石公园里。这些热泉的温度和情态各异，森林里还有新的喷泉出现，喷出的水汽从飞机上就可以看到，这些水汽能杀死站在泉眼处的野牛。

图7 老忠实泉的一次喷发能释放出8500加仑滚烫的热水。在过去的这些年中，临近的一些小地震改变了老忠实泉的喷发时间，使原本规律的一小时喷发一次的表演间隔稍稍拉大，也不像以前那么精确。现在旅游者大概90分钟能看到一次喷发。



即使有这些“最激烈的气体喷发”，如同Doane 一样，许多人相信黄石的火山已经熄灭，或者至少已经趋于熄灭。实际上，在19世纪晚期进行的联邦调查之后，几十年中都没在黄石地区进行科学考察。之后，在20世纪50年代，一个名叫Francis Joe Boyd的哈佛学生被发现的凝灰岩引发了兴趣——那是一厚层被加热过的致密灰烬，他意识到这是地质年代很近的一次喷发留下的火成碎屑物。

1965年，Bob Christiansen发现了第二处明显的凝灰岩，第二年他和他的同事又发现了第三处。运用钾-氩测年法，他们判断这三处凝灰岩是三次火山大爆发的产物。每一次爆发都留下了一个巨大的喷火山口，而第三次的喷发埋葬了前两次喷发的大量遗迹。

1973年的一天，Bob Smith和他的同事们正在黄石湖南侧的皮尔岛（Peale Island）上工作，Smith忽然发现有些奇怪的地方：沿岸的一些树正淹水而死。他从1956年就在那里工作过，并且他还想再使用他上次在那里工作时用过的泊船码头。但那个码头也已经被淹没了。到底是怎么回事？

这一现象引发了他们的兴趣。Smith开始调查黄石公园的工人们从1923年开始在不同道路上留下的基准坐标。他的调查显示坐落在湖北侧喷火山口顶部的海登山谷（Hayden Valley）在几十年中已经上升了约30英寸。但湖的低端却一点也没有上升。结果是北侧的湖底上升导致湖水漫向南岸。地底正在如穹顶上升。火山正在活动。

Smith在1979年发表了他的研究成果，称黄石为“活着的正在呼吸的喷火山口”。1985年，通过小地震“预热”，当地又一次下沉。Smith修改了他的比喻：黄石现在是“活着的，正在呼吸和摇晃的喷火山口。”

从那以后，Smith和他的同事们用他们所能采用的所有方式试图了解黄石公园地表以下的情况。他们渐渐了解了地下火山的成分和能量。在最浅层，地表水渗入地面以下达几英里，这些水被加热，沸腾后又返回地面，这就形成了地表的间歇泉和喷气孔。地表下7英里深就是岩浆房，里面是大约30英里宽的熔化岩石带。玄武岩岩浆包覆在浓厚的流文岩岩浆下，流文岩岩浆在玄武岩岩浆上就像浮在牛奶上面的奶油。

Smith说：“我们将这样的喷火山口称为不稳定状态。经过许多周期的演变，最终的结果是积聚足够的岩浆之后喷发。但我们对演变周期的具体情况并不了解。”

所以，最重要的问题出来了：它会再一次喷发吗？喷发或许是一定的，也许只是像菲律宾的Pinatubo山那样的温和的喷发，1991年的那次喷发使800人丧命。然而，人们都在猜测，会不会产生喷火山口那样的大喷发，那样的大灾难会使不计其数的人死亡，还会使整个地球进入火山严冬。或许这会在我们有生之年发生，或者是10万年后，或者是更远以后，又或者根本不再喷发。Bob Christiansen 现在已经退休，他认为超级火山短期内不会喷发，只是在安全限度内增加能量。在历史上，黄石热点在盆地处和美国西部洛矶山地区形成了喷火山口。现在这些热点已经包在洛矶山下，上面的外壳更厚了。

“我认为黄石公园的一整套系统基本上是自我平衡的，”Christian sen说，之后他又马上补充到：“但这种解释并不能作为足以让人信服的呈堂证供。”