火山下方,岩浆展现出令人惊艳的路径。

伦敦帝国学院的研究人员观察到岩浆在火山下走了一条意想不到的路线,揭示了火山喷发背后的过程。这些发现是基于东加勒比地区的一个构造板块边界的数据。这些结果有助于我们了解是什么驱动了火山喷发的类型和速度,以及喷发的岩浆的构成。它们还可以帮助我们理解为什么一些火山比其他火山更活跃,以及为什么火山活动会随着时间的推移而变化。

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当两个巨大的构造板块相撞时,一个板块可以下沉,或俯冲到另一个板块下面,陷入地球的地幔,释放出水和熔体。随着板块的摩擦和融化的物质上升形成岩浆,这些俯冲区是地球上一些最危险的地震和爆炸性火山喷发的原因。

然而,人们对岩浆如何在地下形成以及什么控制了火山在上覆板块之上的确切位置仍然知之甚少。

现在,2023年2月1日发表在《科学进展》杂志上的一项新研究表明,最终喷发的上升岩浆并不总是采取现有的最短、最直接的路径来到达地表的火山。

主要作者斯蒂芬-希克斯博士说,他在帝国理工学院地球科学与工程系进行了这项工作,现在在伦敦大学工作。”在这个备受争议的主题中,科学观点传统上分为两个部落。一些人认为俯冲板块主要控制着火山的位置,而一些人认为上覆板块发挥着最大的作用。但是在我们的研究中,我们表明,这两种驱动力在数亿年中的相互作用是控制今天火山爆发发生地点的关键。”

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压力之下

俯冲的大洋板块作为巨大的储水池,将水输送到地球深处。这些液体通过板块诞生时形成的裂缝和断层进入板块,后来它在地球深海海沟下弯曲。水被锁定在裂缝中,并与板块内的矿物结合。

俯冲板块在下降到10至100公里深时,受到高压和高温的影响。这些极端的条件导致锁定的水和其他挥发性元素被驱离。这些流体融化了上面温暖的地幔,是岩浆的关键成分,最终在地球海洋边缘的火山弧周围喷发,如太平洋火环。然而,流体和熔体在地球深处,从俯冲板块到火山弧的路径,不能直接看到,也不容易从喷发的东西中推断出来。

为了开展这项研究,研究人员利用地震数据来绘制地震吸收的三维图,类似于CT扫描绘制我们身体内部结构的方式。当来自地震的地震能量穿过不同的材料时,地震波要么减慢要么加快。伴随着这些速度变化,波的能量也会消散。热的和熔化的岩石特别具有衰减性:当地震波穿过它时,它将能量带走。

该研究小组通过使用海底地震仪建立一个准确的地下三维图,收集了来自东加勒比海一个俯冲带的地震数据,该俯冲带导致了小安的列斯群岛的火山岛的形成。

地震数据绘制地震吸收图

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研究人员利用地震数据绘制地震吸收的三维图,类似于CT扫描绘制我们的身体。

不寻常的是,该研究发现,深度最强的地震衰减区从火山下面向侧面偏移。这些图像使作者得出结论,一旦水从俯冲板块中被排出,它就会被进一步向下携带,导致火山前沿后面的地幔融化。然后熔体在覆盖板块的底部汇集,然后可能被运回火山弧(火山弧为链状的火山群,形成于隐没板块之上。)。

研究报告的共同作者,也是帝国理工学院地球科学和工程系的Saskia Goes教授说。”我们对流体和熔体途径的了解,传统上一直集中在太平洋周围的俯冲区。我们决定转而研究大西洋的俯冲,因为那里的大洋板块形成得更慢,伴随着更多的断层,而且它的俯冲速度比太平洋地区更慢。我们认为这些更极端的条件会使流体和熔体的路径更容易用地震波成像。”

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科研人员的发现为我们提供了关于火山爆发背后过程的重要线索,并可以帮助我们更好地了解火山下面的岩浆库在哪里形成和补充。

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