长期以来，地球科学家认为，水与地壳中的浅层岩浆是火山爆发的主要原因。然而，得益于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也能引发火山爆发。一个新的模型表明，通常出现在构造板块内部区域的玄武岩火山，其燃料来自地幔深处的岩浆，位于地球表面下约 20 至 30 公里处。

这项研究更清晰地展示了地球深层的内部动态和组成，对改善火山灾害规划具有重要意义，研究成果最近发表在《美国国家科学院院刊》上。

(资料图)

资深作者、康奈尔大学工程系地球与大气科学系 Charles N. Mellowes 工程学教授 Esteban Gazel 说："我们过去一直认为所有的活动都发生在地壳中。我们的数据意味着岩浆直接来自地幔--快速穿过地壳--由二氧化碳的外溶解（气体与液体分离的过程阶段）驱动。"

Gazel说："这完全改变了之前所认为的火山爆发的模式。所有的火山模型都是以水为主要喷发动力，但水与这些火山的关系不大。是从地球深处带来岩浆的是二氧化碳。"

大约四年前，加泽尔和 22 岁的博士夏洛特-德维特（Charlotte DeVitre，现为加州大学伯克利分校博士后研究员）为拉曼光谱（一种通过显微镜检查散射光子的设备）开发了一种高精度二氧化碳密度计（在一个微小的容器中测量密度）。

自然样本富含二氧化碳的微小气泡被困在火山喷发产生的晶体中，研究人员通过拉曼光谱进行测量，并应用新开发的密度计进行量化。从本质上讲，科学家们正在研究一个微型时间胶囊，以提供岩浆的历史。这项新技术对于近乎实时地精确估算岩浆储量至关重要，加泽尔的研究小组在 2021 年加那利群岛拉斯帕尔马斯火山爆发期间对这项技术进行了测试。

此外，科学家们还开发了评估激光加热对富含二氧化碳的包裹体（发现包裹在晶体中）的影响的方法，以及精确评估熔融包裹体和气泡体积的方法。他们还开发了一种实验再加热方法，以提高精确度，并适当考虑气泡内碳酸盐晶体中捕获的二氧化碳。

Gazel说："开发和仪器设计的方法极具挑战性，尤其是在大流行病最严重的时期。"

利用这些新工具，科学家们仔细检查了大西洋塞内加尔以西佛得角佛戈火山的火山沉积物。他们发现，镁铁硅酸盐晶体中包裹的微小熔体包裹体中含有高浓度的挥发性物质。晶体中较高的二氧化碳含量表明，岩浆储存在地表以下数十公里处--地球的地幔中。

研究小组还发现，这一过程与供应这些火山的深地幔源有关。论文称，这意味着像福戈火山爆发这样的火山喷发是从地幔开始和供给的，有效地绕过了地壳中的储存，并由深层二氧化碳驱动。

"这些岩浆粘度极低，直接来自地幔。因此，在这里，粘度和水不能像在较浅和/或较硅（富含二氧化硅）的火山系统中那样发挥常见的作用。相反，在福戈火山，岩浆必须在二氧化碳的推动下快速上升，这很可能在其爆炸行为中起到重要作用。这是我们了解玄武岩爆炸性控制因素的重要一步"。

同时也是康奈尔大学阿特金森可持续发展中心研究员的Gazel说，了解岩浆储存有助于为未来的火山爆发做好最佳准备。

他说："由于在熔体接近地表之前，深层岩浆储存不会被地面变形探测到，这对我们了解火山灾害有重要影响。我们需要了解这些火山爆发的驱动因素。现在看到这些过程的唯一方法是观测地震，但地震并不能告诉你到底发生了什么。有了精确的测量，告诉我们火山爆发从哪里开始，岩浆在哪里融化，在哪里储存，以及是什么触发了火山爆发，我们就能为未来的火山爆发制定更好的计划。"

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