黃石國家公園是美國最大、最著名和建立最早的國家公園，公園面積9000平方千米，大部分是開闊的火成巖高原地形。公園內(nèi)部地質(zhì)構(gòu)造復雜，曾發(fā)生過強烈的火山活動，地面大面積覆蓋著熔巖，地殼至今仍不穩(wěn)定。公園中溫泉和熱泉隨處可見，每年吸引了大批游客到此觀光。

由于黃石國家公園火山活動比較頻繁，因此這里也吸引了火山學家的關(guān)注，他們很早就發(fā)現(xiàn)了公園內(nèi)火山口的一個奇怪現(xiàn)象，但是直到最近，才做出了科學的解釋。

環(huán)形山谷之謎

在黃石地區(qū)還沒有建立公園時，火山學家就在這里發(fā)現(xiàn)了大量的環(huán)行山谷。這些山谷直徑約30千米至60千米，深幾千米，很像破火山口的形狀。處于火山口下方的熔融的巖漿房(地下儲存巖漿的空間)排空后，上方的地面塌陷下去，就形成了破火山口。如此多的環(huán)行山谷，似乎表明這里經(jīng)常有小型的火山噴發(fā)，每一次形成一個這樣的山谷。

然而，早期的研究者發(fā)現(xiàn)，這些山谷坐落在地球上規(guī)模最大的火山巖沉積的附近，而且火山熔巖是一次單獨的火山噴發(fā)事件形成的。從熔巖的體積估算，他們眼前的火山噴出物比人們熟悉的1980年圣海倫斯火山噴發(fā)后形成的火山巖還要大幾百甚至幾千倍!通過估算噴發(fā)物質(zhì)的體積，研究者發(fā)現(xiàn)，火山之下的巖漿房一定也是超級龐大的。但是，一次如此猛烈的超級噴發(fā)，應該形成一個超級巨大的火山口。為何這里卻形成了許多小型的環(huán)行山谷呢?

超級火山現(xiàn)身

答案要到地下去尋找。眾所周知，地幔厚達2900千米，被熔融的外地核和相對很薄的外層地殼夾在中間?；鹕綄W家發(fā)現(xiàn)，在黃石地表之下，有從地幔向上涌的粘性巖石的漂浮羽狀物即地幔上羽柱，北美板塊正在它的上面移動。上羽柱如同一只巨大的酒精燈，這一所謂的熱點熔化了覆蓋在上面的大量的地殼巖石，產(chǎn)生的巖漿則聚集在地下的巖漿房中。

在上面巖石的巨大重壓下，隨著時間推移，巖漿房里逐漸聚集了更多的巖漿，壓力由此產(chǎn)生了。當受壓的巖漿托頂上面的地殼，使地殼破裂，產(chǎn)生垂直延伸到地面的裂隙時，一次超級噴發(fā)就誕生了。一股股的巖漿沿著新出現(xiàn)的裂隙噴涌而出，最終形成一個環(huán)形的噴發(fā)口群。當這些噴發(fā)口彼此合并時，環(huán)狀中心巨大的地塊柱失去了支撐。這個堅固的巖石“屋頂”墜下，要么整塊掉下去，要么碎裂成許多大石塊落下，填入下面巖漿留出的空位。就像四周墻壁倒塌的房屋屋頂下墜一樣，這種坍塌使環(huán)狀邊緣有更多的巖漿和氣體猛烈地釋放出來，從而形成了大量的環(huán)行山谷。

環(huán)行山谷的問題解決了，科學家的心中又涌起了一個新的問題。在過去的1600萬年中，在黃石地區(qū)發(fā)生了多次超級噴發(fā)，這種超級噴發(fā)的規(guī)模遠遠大于目前世界上的火山噴發(fā)規(guī)模。美國的圣海倫斯火山噴發(fā)是現(xiàn)代人經(jīng)歷的少數(shù)幾次大規(guī)?；鹕交顒?，形成的火山巖體積還不到0．5立方千米。而遠古時形成環(huán)行山谷的噴發(fā)，規(guī)模大到難以想象。類似美國黃石國家公園級別的火山噴發(fā)地，在過去的200萬年間，全球只有4處：美國懷俄明州黃石國家公園，加利福尼亞州長谷，印度尼西亞蘇門答臘島多巴，以及新西蘭陶波。每次噴發(fā)都至少噴出了750立方千米的固體物質(zhì)，今天世界上的大規(guī)?；鹕絿姲l(fā)和遠古的超級噴發(fā)相比，實在是不值得一提。

有超級噴發(fā)，就意味著有超級火山。幾乎所有的火山專家都同意，如果今天的地球上發(fā)生一次這樣的噴發(fā)，人類將難以承受這樣的打擊，從天而降的酸雨就會讓農(nóng)業(yè)崩潰。

酸雨毀滅世界?

火山噴發(fā)產(chǎn)生的各種氣體中，二氧化硫?qū)Νh(huán)境造成的影響最大。它和氧氣及水反應，產(chǎn)生微小的硫酸液滴。在超級噴發(fā)之后，這些液滴是阻礙陽光的主要物質(zhì)，使全球的氣候變冷。由于全球的水循環(huán)需要很長時間才能將酸液滴全部洗去，許多超級火山的研究者作出預言，“火山冬天”將持續(xù)幾十年，甚至超過一個世紀。酸雨落到地面，會對植物造成直接危害，讓農(nóng)作物大幅度減產(chǎn)。如果超級火山在現(xiàn)代噴發(fā)，“火山冬天”若持續(xù)幾年，人類恐怕就將面臨沒米下鍋的悲慘境地。同時，全球陷入長期寒冬，燃料也將成為大問題。

但是在最近一些年，少數(shù)科學家提出了相反的觀點，他們認為酸雨和“火山冬天”似乎并沒有那么可怕。

巨大的火山噴發(fā)產(chǎn)生的硫酸痕跡可以在南北極的冰雪中找到，由被污染的大氣中的酸沉積到冰雪上留下。1996年，研究格陵蘭和南極洲冰核的調(diào)查者發(fā)現(xiàn)，7.4萬年前多巴的超級噴發(fā)之后，兩極地區(qū)的冰雪中出現(xiàn)了硫酸含量高峰。那次噴發(fā)噴出了2800立方千米的熔巖和火山灰，使全球氣溫下降了5℃到15℃。嚴寒的后果是嚴重的，但并不如過去想象的那么長久；冰記錄中的硫酸痕跡僅過了六年就沒有了；一些研究者甚至認為，硫酸痕跡也許只存在了一兩年。

看來“火山冬天”并不可怕，酸雨帶來的影響是短暫的，這真是個好消息。但是研究者卻警告世人，不要低估了超級火山的威力，它會在另一個“戰(zhàn)場”上向人類發(fā)動襲擊。

超級火山的終極武器

過去五年里，科學家發(fā)明了一種新的方法，能夠研究火山酸雨中的氧原子成分?；鹕絿姲l(fā)出的二氧化硫要轉(zhuǎn)變成硫酸，必須經(jīng)過氧化，換句話說，它必須從已經(jīng)存在于大氣的某些其他成分中獲得兩個氧原子。大氣中的什么分子能夠提供給二氧化硫足夠的氧原子呢?

火山學家把目光落在了臭氧上。臭氧是一種由三個氧原子組成的氣體分子，氧化其他物質(zhì)的能力很強，由于保護地球免遭危險的紫外線侵襲，臭氧名氣很大。在高空強烈的太陽輻射下，臭氧的形成十分特殊，人們發(fā)現(xiàn)，在臭氧分子中，氧的一種同位素——氧17的含量很高。

前不久，在史前黃石火山噴出的火山灰標本中，加利福尼亞大學的地球化學家首次發(fā)現(xiàn)了二氧化硫與臭氧發(fā)生反應的證據(jù)，標志是臭氧中氧同位素的特征已經(jīng)出現(xiàn)在生成的酸中，這種特征還保存在地面的硫酸鹽化合物中，這些化合物是由酸雨與早已落在地面的火山灰發(fā)生反應而形成的。

這個發(fā)現(xiàn)說明，當火山噴發(fā)時，噴出的二氧化硫會消耗掉大氣同溫層中的臭氧。臭氧層中臭氧減少，將導致大量的致命紫外線到達地球表面，對生物造成嚴重的遺傳損害。極地冰核中的證據(jù)表明，1990年皮納圖博火山噴發(fā)導致地球臭氧層出現(xiàn)了3％到8％的臭氧損失。但是假如有比這次事件強烈100倍的噴發(fā)事件出現(xiàn)，將會發(fā)生什么?假如超級火山噴發(fā)，臭氧層不可避免地會出現(xiàn)巨大的空洞，紫外線從高空傾瀉而下。這種影響比酸雨和“火山冬天”要長遠得多，對生物界的危害似乎更嚴重，生物的大規(guī)模死亡不可避免。

人們已經(jīng)開始認識到超級火山的威力，可惜的是，不論人們了解了多少，都不能阻止一次超級噴發(fā)。面對超級火山的威脅，目前人類似乎只能祈禱自己有好運氣。好消息是，火山學家已經(jīng)足夠了解可能出現(xiàn)超級噴發(fā)的地點，而且能夠有把握地預測：短期內(nèi)不會有這樣的大災難降臨地球。

（選自《科學之謎》）