二氧化碳，而不是水，引发了爆炸性的玄武岩火山 _二氧化碳

二氧化碳，而不是水，引发了爆炸性的玄武岩火山。信用:Unsplash/CC0公共领域
据康奈尔大学：地球科学家长期以来认为，水——以及地壳中储存的浅层岩浆——推动了火山爆发。现在，由于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，玄武岩火山通常位于构造板块的内部，由地幔内的深层岩浆供给，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的图像，对改善火山灾害规划具有意义，发表在2023年8月7日的《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Esteban Gazel说，他是康奈尔工程学院地球和大气科学系的Charles N. Mellowes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——由二氧化碳的出溶作用(从液体中分离气体的过程阶段)驱动。
“这完全改变了火山爆发的模式，”Gazel说。“所有的火山模型都以水为主要喷发驱动力，但水与这些火山关系不大。是二氧化碳将这些岩浆从地球深处带了出来。”
大约四年前， Gazel和Charlotte devi tre(22岁，博士，现为加州大学伯克利分校的博士后研究员)开发了一种用于拉曼光谱(通过显微镜检查散射光子的设备)的高精度二氧化碳密度计(在一个微小的容器中测量密度) 。
天然样本——火山喷发产生的晶体中捕获的微观大小的富含二氧化碳的气泡——然后通过拉曼光谱进行测量，并应用新开发的密度计进行量化。基本上，科学家们正在检查一个显微镜下的时间胶囊，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量至关重要， Gazel的团队在2021年加那利群岛拉斯帕尔马斯火山爆发期间测试了这项技术。
此外，科学家们开发了评估激光加热对富含二氧化碳的夹杂物(发现包裹在晶体中)的影响的方法，并准确评估熔体夹杂物和气泡体积。他们还开发了一种实验性的再加热方法，以提高准确性，并适当地考虑到气泡内作为碳酸盐晶体捕获的二氧化碳。
“开发方法和仪器设计极具挑战性，尤其是在疫情的高峰期， ”Gazel说。
利用这些新工具，科学家们仔细观察了大西洋塞内加尔西部Cabo佛得火山的火山沉积物。他们在镁-铁硅酸盐晶体中包裹的微小熔融包裹体中发现了高浓度的挥发物。晶体中二氧化碳含量较高，这表明岩浆储存在地表以下几十公里处——地幔中。
该小组还发现，这一过程与供给这些火山的深部地幔源有关。
根据这篇论文，这意味着像Fogo火山爆发这样的爆发是从地幔开始并供应的，有效地绕过了地壳中的储存，并由深层二氧化碳驱动。
“这些岩浆粘度极低，直接来自地幔，”德维特雷说。“因此，在这里，粘度和水无法像在较浅和/或含硅量较高(富含二氧化硅)的火山系统中那样发挥共同作用。相反，在福戈火山，岩浆必须被二氧化碳快速推上来，这可能在火山的爆发行为中发挥了重要作用。这是我们理解玄武岩爆炸性控制的重要一步。”
Gazel说，理解岩浆储存有助于社会为未来的火山爆发做好准备，他也是康奈尔阿特金森可持续发展中心的研究员。
他说:“由于深部的岩浆储存在熔化物接近地表之前不会被地面变形探测到，这对于我们理解火山危险有着重要的影响。我们需要了解这些喷发的驱动因素。现在看到这些过程的唯一方法是观察地震，但地震不会告诉你到底发生了什么。”
Gazel说，“通过精确的测量，我们可以知道火山爆发从哪里开始，岩浆在哪里融化，它们储存在哪里——以及什么触发了火山爆发——我们可以为未来的火山爆发制定一个更好的计划。”