神秘百慕大：科學家發現新的火山形成方式
圖為從國際空間站拍攝的百慕大群島，該群島坐落於一座古老的火山之上。
攝影：NASA，CHRIS HADFIELD
撰文：ROBIN GEORGE ANDREWS
全世界沒有兩座相同的火山，不過火山形成的方式卻只有那麼幾種。然而，看起來構成百慕大群島根基的古老火山卻是個例外。
科學家們對取自百慕大群島深處的岩石進行研究後發現，這座安靜的火山的形成方式截然不同。在本周發表於《自然》雜誌上的新研究中，研究者不僅解決了一個有關這個美麗的大西洋島嶼的長期謎團，還發現了一種全新的火山形成方式。
為了解決這個問題，研究小組檢查了一根近800米長的岩柱，也是唯一一個取自百慕大群島的岩芯樣本。1972年，工作人員在一個機場附近鑽出了這根岩柱，後來一直將其儲藏在新斯科舍的達爾豪斯大學，如今早已落滿灰塵。儘管研究小組猜測百慕大群島一定經歷了不同尋常的地質事件，但對這塊岩石進行的全面地球化學分析還是令他們大吃一驚。
「在過去的50年里，科學家一直在對海洋熔岩進行地球化學研究，然而卻沒人發現我們在百慕大岩石樣本中發現的特徵，」研究報告的合著者、康奈爾大學的地球化學家Esteban Gazel說。「有時候，運氣好的話，你會獲得一些新的和不一樣的發現。」
明斯特大學的地球化學家、新研究的共同作者Sarah Mazza說，既然構建了新的火山形成模型，我們就有可能發現百慕大並不孤單：大西洋中可能存在以相同或類似方式形成的其它火山。「我們只是還沒有找到這類火山，」她說。
南佛羅里達大學的火山學家、地球化學家Aurelie Germa說，該團隊創建了一個百慕大火山形成模型，「可能有助於解釋」類似地質構造環境中的其它火山的「地球化學不一致性」，「這些不一致性以前沒有人能真正解釋」。
構造含鉛岩石
到目前為止，人們所知的構造火山的方法包括可塑的熾熱地幔中升起的羽柱，大洋中脊地區彼此分離的構造板塊，或者俯衝帶中一個板塊俯衝到另一個板塊之下。這些過程都能在地殼中形成岩漿塊，然後在地表形成隆起的山峰。
傳統上，科學家用地幔柱來解釋百慕大火山的下部分，這也是夏威夷群島的形成機制：靜止的地幔柱創造了許多火山島，這些火山島不斷生長並最終噴發，最後隨著上面的構造板塊不斷移動而沉寂。
地球物理研究表明，百慕大群島下方確實存在一個向上移動的溫暖結構。不過，如果認為該結構是類似夏威夷島的地幔柱，證據並不充分。百慕大沒有類似夏威夷的島鏈，如果存在地幔柱，那麼按照預測，在如今的百慕大東南地區也應該有火山活動，但實際上並沒有。
在這種情況下，岩芯樣本就能發揮作用了。岩芯記錄了百慕大粉紅海灘之下隱藏的火山世界。首先，岩芯含有比例異常的不同鉛化合物，由兩種鈾衰變形成。只有在地幔內部物質來源的地質年代較年輕，而百慕大下方的地幔極其古老的情況下，上述情況才能得到解釋。
然而，大西洋是一個特殊的地方：Mazza稱，大西洋之所以出現，完全是因為數億年前盤古大陸的分裂。在這個超級大陸的形成或者毀滅過程中，滑動的地殼板塊被推入下方的地幔中，而這裡未來有一天會變成大西洋。如果深入研究，這些註定要消失的板塊可能會成為研究小組尋找的年輕材料的來源。
瘋狂的地幔
這些板塊很可能存儲於地幔中所謂的過渡帶，也就是位於地下400-640公里處的物理異常區域。來自地幔過渡帶中的鑽石表明，地幔中含有相當於多個海洋的水，以及大量的化合物，比如二氧化碳。
果不其然，岩芯樣本中包含了這些地質指紋的痕迹。在百慕大群島的岩芯樣本中，輝石等含水礦物的出奇的潮濕，而眾所周知的是輝石極其乾燥。火山岩中的主要化合物二氧化硅也不應該如此常見，這表明它是由高比例的二氧化碳推擠出來的。
考慮到百慕大群島主要組成部分的來源，研究小組利用計算機模型計算出了接下來會發生的地質變化。
在距今3000萬年左右，百慕大地區的一次地質變動導致過渡帶深層邊界的地幔向上流動。在地幔的流動過程中，它帶走了這些靜止的板塊上的一些物質。
隨著地幔及其混合物周圍環境出現劇烈變化，這些物質開始熔化，形成了一中熔融湯。熔融湯徑直流向地殼，在那裡形成了一種奇怪的岩漿，岩漿噴發到海底，並最終形成了百慕大群島。
回到未來
長期以來，火山學家一直在推測板塊中部用於構造火山的物質來源。最新研究首次發現了這些物質存在於地幔中部的有力證據，並由此找到了一種新的火山形成方式。
史密森學會全球火山研究項目的火山學家Janine Krippner讚揚了該團隊採用多種方法展開研究，她說，這項研究是「一個成功的地質探測」。
馬里蘭大學的同位素地球化學家Val Finlayson說，這項研究是「對百慕大群島起源的一次相當徹底的探索」。常規的地幔柱或許能解釋這種情況，因為深層地幔柱在上升過程中會吞噬回收的地質構造物質，進而創造出該團隊所看到的一些地球化學特徵。不過，她表示，該團隊「全面、多維的方法」使其新理論更具說服力。
儘管該研究團隊對其理論很有信心，但他們也不是很確定：「說到底，這只是對百慕大形成原因的一種解釋，」 Gazel說，還需要進一步的工作來證實這一點。
赫爾大學的火山學家Rebecca Williams補充說，研究者之所以能構建這個非凡的理論，完全要歸功於20世紀70年代採集的這個岩芯樣本，當時還沒有揭示火山秘密所需的科學知識。
「誰知道未來我們的岩石樣本中會獲得什麼發現呢？」她說。
（譯者：流浪狗）
來源：國家地理中文網（官V）
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