长期以来，地球科学家一直认为是水以及储存在地壳中的浅层岩浆驱动着火山爆发。现在，多亏了康奈尔大学新开发的研究工具，科学家们已经了解到气态二氧化碳可以引发爆炸性喷发。
一个新的模型表明，通常位于构造板块内部的玄武岩火山是由地幔深处的岩浆提供的，这些岩浆储存在地球表面以下约20至30公里处。
这项研究提供了我们星球深层内部动态和组成的更清晰图景，对改善火山灾害规划具有重要意义，该研究于2023年8月7日发表在《美国国家科学院院刊》上。
“我们过去认为所有的活动都发生在地壳中，”资深作者埃斯特班·加泽尔说，他是康奈尔大学工程学院地球与大气科学系的查尔斯·n·梅洛斯工程学教授。“我们的数据表明，岩浆直接来自地幔——快速穿过地壳——由二氧化碳的析出(气体与液体分离的过程阶段)驱动。
Gazel说:“这完全改变了火山爆发的模式。”“所有火山模型都以水为主要喷发驱动力，但水与这些火山几乎没有关系。是二氧化碳把岩浆从地球深处带来的。”
大约四年前，Gazel和Charlotte DeVitre博士。1922年，他现在是加州大学伯克利分校的博士后研究员，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)。
自然样品——被困在火山喷发产生的晶体中富含二氧化碳的微观大小的气泡——然后通过拉曼测量，并使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观的时间胶囊，以提供岩浆的历史。这项新技术对于近实时精确估计岩浆储存至关重要，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，科学家们还开发了一些方法来评估激光加热对富含二氧化碳的包裹体(包裹在晶体中)的影响，并准确评估熔体包裹体和气泡体积。他们还开发了一种实验性的再加热方法，以提高准确性，并正确地解释气泡内作为碳酸盐晶体被捕获的二氧化碳。
Gazel说:“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。
利用这些新工具，科学家们仔细研究了大西洋上塞内加尔西部佛得角佛戈火山的火山沉积物。他们发现，在镁铁硅酸盐晶体中包裹的微尺寸熔体内含物中有高浓度的挥发物。晶体中含有更多的二氧化碳，这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，这一过程与提供这些火山的深层地幔源有关。
根据这篇论文，这意味着像福戈火山爆发这样的火山爆发是从地幔开始的，并由地幔提供能量，有效地绕过了地壳中的储存，并由深层二氧化碳驱动。
DeVitre说:“这些岩浆的粘度极低，直接来自地幔。”“因此，在这里，粘度和水不能发挥它们在较浅和/或更多硅(富含硅)火山系统中的常见作用。相反，在福戈火山，岩浆必须被二氧化碳快速推动，这可能在其爆炸行为中起着重要作用。这是我们理解玄武岩爆炸性控制的重要一步。”
同时也是康奈尔·阿特金森可持续发展中心研究员的Gazel说，了解岩浆的储存有助于为未来的火山爆发做好准备。
他说:“由于深层岩浆的储存只有在融化接近地表时才会被地表变形探测到，这对我们对火山危害的理解有重要的影响。”我们需要了解这些喷发的驱动因素。现在观察这些过程的唯一方法是观察地震，但地震并不能确切地告诉你发生了什么。”
Gazel说:“通过精确的测量，我们可以知道火山喷发从哪里开始，岩浆在哪里融化，在哪里储存，以及引发火山喷发的原因，我们可以为未来的火山喷发制定更好的计划。”
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