地幔的新知识有助于解释尼西亚的爆炸性火山

尼西亚的火山是世界上最危险的火山之一。为什么?通过对巴厘岛和爪哇熔岩中的微小矿物质进行化学分析，乌普萨拉大学和其他地方的研究人员发现了新的线索。他们现在更好地了解了该特定区域的地幔是如何组成的，以及岩浆在喷发前是如何变化的。该研究发表在《自然通讯》上。

该研究的第一作者、乌普萨拉大学地球科学系研究员 Frances Deegan 说：“岩浆是在地幔中形成的，而尼西亚地幔的成分过去只知道部分。对地球的地幔有更好的了解该区域使我们能够制作更可靠的化学变化模型岩浆在喷发前冲破 20 至 30 公里厚的地壳时。”

岩浆的成分因地质环境而异，并且与发生的火山喷发类型有关。尼西亚群岛是由火山作用形成的，火山作用是由地球上的两个构造板块在那里相撞造成的。在这次碰撞中，印澳板块以每年约 7 厘米的速度在欧亚板块下方滑动。这个过程被称为俯冲，会导致强烈的地震。例如，2004 年的海啸灾难就是由沿着这个特定板块边界的运动引起的。

火山活动也出现在俯冲带。当下沉的构造板块下降到地幔中时，它会升温并释放其中所含的水，从而导致周围的岩石开始融化。结果是火山经常爆炸，随着时间的推移，会形成弧形的岛屿群。沿着包含尼西亚南部群岛的巽他弧，发生了几次灾难性的火山喷发。例如 1883 年的喀拉喀托火山、1815 年的坦博拉山和大约 72,000 年前发生过大规模超级喷发的多巴火山。

当岩浆在地表爆发之前穿透地壳时，它会与周围的岩石发生化学反应。因此，它可以在不同的火山之间变化很大。为了更好地了解尼西亚火山活动的起源，研究人员想找出源自地幔本身的“原始”岩浆的成分。由于样品不能直接从地幔中提取，地质学家研究了最近从四座火山喷出的熔岩中的矿物质：爪哇的默拉皮和克卢特，以及巴厘岛的阿贡和巴杜尔。

研究人员使用来自二次离子质谱仪(SIMS)的强大离子束，这是一种超现代的质谱仪，研究了辉石晶体。这种矿物是最早从岩浆中结晶出来的矿物之一。他们想要确定的是氧同位素16 O和18 O的比例，这揭示了大量关于岩浆来源和演化的信息。

“熔岩由大约 50% 的氧气组成，地壳和地幔的氧同位素组成差异很大。因此，为了追踪岩浆离开地幔后从地壳吸收了多少物质，氧同位素非常有用，”迪根说.

研究人员发现，巴厘岛辉石矿物的氧组成在穿越地壳的过程中几乎没有受到影响。它们的成分非常接近它们的原始状态，这表明在俯冲过程中，最少的沉积物被吸入地幔。在爪哇的矿物中发现了一种完全不同的模式。

“我们能够看到爪哇的默拉皮显示出与巴厘岛火山截然不同的同位素特征。部分原因是默拉皮的岩浆在喷发前与地壳发生了强烈的相互作用。这非常重要，因为当岩浆与例如在爪哇中部火山下方发现的石灰岩，岩浆充满二氧化碳和水，达到爆点，喷发变得更具爆炸性。这可能就是默拉皮如此危险的原因。它实际上是尼西亚最致命的火山之一：它在过去的 100 年里，造成近 2,000 人死亡，最近的一次喷发夺去了 400 人的生命，”乌普萨拉大学地球科学系的瓦伦丁·特罗尔教授说。

该研究是乌普萨拉大学、斯德哥尔摩瑞典自然历史博物馆、南非开普敦大学、德国弗莱堡大学和荷兰阿姆斯特丹自由大学 (VU) 的研究人员合作进行的。研究结果增强了我们对尼西亚群岛火山活动如何运作的理解。

“尼西亚人口稠密，一切让我们更好地了解这些火山如何运作的东西都很有价值，有助于我们为火山爆发做好更好的准备，”迪根说。

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