地球科学家长期以来一直认为，水以及储存在地壳中的浅层岩浆会推动火山喷发。现在，借助康奈尔大学新开发的研究工具，科学家们了解到气态二氧化碳可以引发爆炸性喷发。
一个新模型表明，玄武岩火山通常位于构造板块内部，由地幔内的深层岩浆供给，这些岩浆储存在地球表面以下约 20 至 30 公里处。
这项研究于 2023 年 8 月 7 日发表在《国家科学院院刊》上，它为我们星球的深层内部动态和组成提供了更清晰的图景，对改善火山灾害规划具有重要意义。
“我们过去认为所有的作用都发生在地壳中，”康奈尔大学工程学院地球与大气科学系工程系查尔斯·N·梅洛斯教授、资深作者埃斯特班·盖泽尔说。“我们的数据表明，岩浆直接来自地幔，在二氧化碳的出溶(从液体中分离气体的过程)的驱动下快速穿过地壳。
“这完全改变了这些火山喷发发生的方式，”盖泽尔说。“所有火山模型都以水作为主要喷发驱动力，但水与这些火山关系不大。二氧化碳是从地球深处带来岩浆的。”
大约四年前，盖泽尔和夏洛特·德维特博士。'22，现在是加州大学伯克利分校的博士后研究员，开发了一种用于拉曼光谱(一种通过显微镜检查散射光子的设备)的高精度二氧化碳密度计(用于测量微小容器中的密度)。
然后通过拉曼测量自然样本(火山喷发产生的晶体中捕获的富含二氧化碳的微小气泡)，并使用新开发的密度计进行量化。本质上，科学家们正在检查一个微观时间胶囊，以提供岩浆的历史。这项新技术对于近乎实时精确地估计岩浆储存量至关重要，Gazel 的团队在 2021 年加那利群岛拉斯帕尔马斯火山喷发期间进行了测试。
此外，科学家们还开发了方法来评估激光加热对富含二氧化碳的夹杂物(包裹在晶体中)的影响，并准确评估熔体夹杂物和气泡体积。他们还开发了一种实验性的再加热方法，以提高准确性并正确解释气泡内作为碳酸盐晶体捕获的二氧化碳。
“开发方法和仪器设计具有挑战性，特别是在疫情最严重的时候，”盖泽尔说。
使用这些新工具，科学家们仔细检查了大西洋塞内加尔西部佛得角福戈火山的火山沉积物。他们发现硅酸镁铁晶体中包裹的微型熔体包裹体中含有高浓度的挥发物。晶体中包含的二氧化碳含量较高，表明岩浆储存在地表以下数十公里处——地幔内。
研究小组还发现，这一过程与供给这些火山的深部地幔源有关。
该论文称 ，这意味着像福戈火山爆发这样的喷发是从地幔开始并由地幔供给的，有效地绕过了地壳中的储存并由深层二氧化碳驱动。
“这些岩浆的粘度极低，直接来自地幔，”德维特说。“因此，在这里，粘度和水不能发挥它们在较浅和/或硅质(富含二氧化硅)火山系统中所起的共同作用。相反，在福戈火山，岩浆必须被二氧化碳快速推动，这可能起到了作用在其爆炸行为中发挥着重要作用。这是我们了解玄武岩爆炸性控制的重要一步。”
康奈尔阿特金森可持续发展中心的教员盖泽尔说，了解岩浆储存有助于社会为未来的火山喷发做好最好的准备。
他说：“由于只有在熔体接近地表时，才能通过地面变形检测到深层岩浆储存，这对我们对火山危害的理解产生了重要影响。我们需要了解这些喷发的驱动因素。唯一的方法是了解这些喷发的驱动因素。”现在可以通过观察地震来了解这些过程，但地震并不能告诉你到底发生了什么。”
加泽尔说：“通过精确测量，告诉我们火山喷发从哪里开始、岩浆在哪里融化、在哪里储存，以及什么触发了火山喷发，我们可以为未来的火山喷发制定更好的计划。”
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