网易首页 > 网易号 > 正文 申请入驻

地幔风“撕裂”岩石圈——黄石超级火山形成的关键条件

0
分享至


北京时间2026年4月10日,中国科学院地质与地球物理研究所(以下简称地质地球所)曹泽斌博士、刘丽军研究员、万博研究员、陈凌研究员和伊利诺伊大学克雷格•伦德斯特伦(Craig Lundstrom)教授基于采用了数据同化技术的高精度地球动力学数值模型首次清晰描绘了黄石超级火山下方岩浆系统形成的动力过程,最新研究发表于国际学术期刊《科学》。

超级火山是地球上威力最强的一类火山,单次喷发的固态物质体积可达1000 立方千米以上,会对环境、气候和人类社会产生巨大的影响。因此,深入理解超级火山的运作机制对火山灾害预警和保护人类文明有着重要意义。其中,理解超级火山下方岩浆系统的形成和演化机制是关键中的关键。

以往认为,超级火山的动力来源是其下方地壳内的液态岩浆房,低密度岩浆逐步聚集到岩浆房内,并持续增加对围岩的压力,最终导致地壳发生大规模破裂、坍塌和岩浆喷发(图一左)。然而,越来越多的研究发现纯液态岩浆房并不存在,更可能的分布是纵跨整个岩石圈的大型岩浆晶粥(magma mush)。岩石圈是地球最外层的坚硬圈层,其下方的地幔温度较高,粘度较低,在地质时间尺度上可缓慢流动,故被称为软流圈。近年的研究表明,超级火山的岩浆主要源自岩石圈下覆的软流圈物质部分熔融。当来自深部的液态岩浆与岩石圈的固体岩石混合时,即可形成粘度达液态岩浆数十万倍的岩浆晶粥。然而该复杂系统的深部驱动机制仍然不清楚,也是当前超级火山机制研究所面临的核心问题。

位于北美西部的黄石火山,在过去的210万年内发生了两次超级喷发,一次在208万年前,另一次是在63万年前,喷发量分别达到了2500立方千米和1000立方千米,是一座典型的超级火山。传统观点认为黄石火山是来自数千公里深处的地幔热柱在地表的体现。过去数十年中,人们对黄石超级火山的结构与演化过程进行了大量研究。结果显示,黄石火山的岩浆系统纵跨整个岩石圈,并且呈现随深度增加向西南方向偏移的倾斜几何形态(图一右),显著有别于传统的垂直上升地幔柱模型。在这一系统中,岩浆长期以晶粥的形式存在,富含液态岩浆的晶粥(即传统意义上的岩浆房)应该仅在喷发前一小段地质时间内出现。这些观测为理解黄石火山下方岩浆系统提供了关键信息。


图1黄石超级火山下方岩浆系统示意图。

左侧:传统地壳岩浆房观点下的黄石超级火山岩浆系统示意图。

右侧:大型岩浆晶粥视角下的黄石超级火山岩浆系统示意图。其中黄色到红色的渐变区域显示了纵跨岩石圈的大型岩浆晶粥结构。在这一结构中,少量液态岩浆和大量固体岩石混合形成了极其粘稠的岩浆晶粥。在岩浆晶粥结构以外,地壳和岩石圈地幔都以固态岩石的形态存在。

地质地球所的研究团队仔细分析了大量北美西部的地质、地球物理和地球化学观测资料,对北美西部的岩石圈和对流地幔进行了高精度建模,并计算了相关的动力学过程,构建了完整的北美西部固体地球系统模型。该模型预测,位于北美中东部下地幔的古老法拉龙(Farallon)板块的持续下沉驱动了北美西部的软流圈快速向东漂移,而该东向流动的软流圈(地幔风)在穿过黄石火山下方狭窄的大陆岩石圈通道时,由于相互拉扯,热物质发生减压熔融,产生了大量幔源岩浆(图二左)。同时,在由软流圈产生的东向推力与岩石圈密度结构产生的西向拉力的共同作用下,黄石火山下方的岩石圈内聚集了区域性的拉张应力,“撕裂”了该处的北美大陆岩石圈,形成了一条倾斜向上的贯穿岩石圈的虹吸通道(图二右)。岩浆沿着这个虹吸带像“爬楼梯”一样上涌、迁移,并在过程中不断演化,最终形成了黄石火山下方岩浆系统的形态。模型预测的岩浆系统与多种地球物理、地质和岩石地球化学观测相吻合,为理解黄石超级火山提供了全面的地球动力学约束。


图2黄石超级火山岩浆系统成因示意图。

左侧:北美西部软流圈结构俯视图。红色的等值面展现了东向漂移的热物质。这些热物质在东向地幔风与上覆北美岩石圈拉扯导致的降压熔融过程中产生了大量幔源岩浆。黄色五角星标记了黄石超级火山在地表的位置。

右侧:岩石圈应力和岩浆系统示意图。在地幔风-岩石圈相互作用产生的应力和岩石圈内部应力的共同作用下,黄石火山下方形成了一条向西南方向倾斜的快速拉张带(阴影区域),“撕裂”了北美大陆岩石圈。这一构造过程控制了黄石火山下方岩浆系统的形态,对黄石超级火山的形成和演化有重要意义。注:图中箭头仅指示速度的方向,不代表实际大小。

这一研究首次系统性地揭示了超级火山下方岩浆系统的形成机制,清晰地描绘了从岩浆产生到聚集的动力过程,为超级火山下方长期存在的超大型岩浆晶粥结构的形成提供了明确的物理机制,并否定了传统的地幔柱模型。上述机制可能广泛适用于其他活跃的火山,例如位于我国东北的镜泊湖火山、位于东南亚的多巴(Toba)火山、位于俄罗斯远东的勘察加(Kamchatka)火山群和位于南美的阿尔蒂普拉诺(Altiplano-Puna)火山。这一研究为未来进一步理解火山动力过程,预测火山活动性和预防火山灾害提供了新的地球动力学视角。

研究成果发表于国际学术期刊Science(曹泽斌, 刘丽军, 万博, 陈凌, Craig Lundstrom. Tectonic origin of Yellowstone's translithospheric magma plumbing system. Science, 2026.)

相关论文信息:

DOI: 10.1126/science.ady2027.

特别声明:以上内容(如有图片或视频亦包括在内)为自媒体平台“网易号”用户上传并发布,本平台仅提供信息存储服务。

Notice: The content above (including the pictures and videos if any) is uploaded and posted by a user of NetEase Hao, which is a social media platform and only provides information storage services.

相关推荐
热点推荐
 李大钊的藏身地固若金汤,把他供出来的不是敌人,而是他最信任的人

 李大钊的藏身地固若金汤,把他供出来的不是敌人,而是他最信任的人

磊子讲史
2026-09-10 17:11:14
中午1点!CCTV5直播史上最强U23国足首秀,首发11人浮出水面,想出线必须赢球

中午1点!CCTV5直播史上最强U23国足首秀,首发11人浮出水面,想出线必须赢球

禾三千体育
2026-09-11 18:12:05
刘亦菲风波再升级!知情人曝内幕,早有先例,陈金飞或成最大底牌

刘亦菲风波再升级!知情人曝内幕,早有先例,陈金飞或成最大底牌

绚丽的画卷
2026-09-12 07:59:51
“历史级”厄尔尼诺或将来袭!北半球秋冬出现极强厄尔尼诺概率超90%,高盛:农产品价格上行风险恐被低估,最终或牵动全球利率走势

“历史级”厄尔尼诺或将来袭!北半球秋冬出现极强厄尔尼诺概率超90%,高盛:农产品价格上行风险恐被低估,最终或牵动全球利率走势

每日经济新闻
2026-09-11 16:51:54
25死5伤!青岛货轮火灾搜救结束,本次事故至少有4个重要信息披露

25死5伤!青岛货轮火灾搜救结束,本次事故至少有4个重要信息披露

火山詩话
2026-09-10 20:24:19
凌晨,暴涨12%!科技巨头,利好突袭

凌晨,暴涨12%!科技巨头,利好突袭

券商中国
2026-09-12 07:36:46
姆巴佩谈独裁者梗图:有时候这并不好笑,但登贝莱就是逗个乐

姆巴佩谈独裁者梗图:有时候这并不好笑,但登贝莱就是逗个乐

懂球帝
2026-09-11 20:46:08
脸都不要了!湖南洞口孩子买了50元学平险,结果真得癌了,谁料保险公司翻出国际疾病分类,说编码不对,不符合“恶性肿瘤-重度”条款

脸都不要了!湖南洞口孩子买了50元学平险,结果真得癌了,谁料保险公司翻出国际疾病分类,说编码不对,不符合“恶性肿瘤-重度”条款

火山詩话
2026-09-10 10:40:36
埃及知名女主播获判绞刑!锦衣玉食的她当庭崩溃:我连烟都没碰过

埃及知名女主播获判绞刑!锦衣玉食的她当庭崩溃:我连烟都没碰过

冰语历史
2026-09-10 18:33:47
发现一个怪异的现象:稀土管制后,美西方的军工企业还正常生产?

发现一个怪异的现象:稀土管制后,美西方的军工企业还正常生产?

混沌录
2026-09-09 23:56:18
曝高露疑似结婚 曾出演《你是我的荣耀》《庆余年2》

曝高露疑似结婚 曾出演《你是我的荣耀》《庆余年2》

可乐谈情感
2026-09-11 12:38:52
一张“80大寿脚踩饭桌跳舞”照片火了,家长被嘲:没人喜欢你家孩子

一张“80大寿脚踩饭桌跳舞”照片火了,家长被嘲:没人喜欢你家孩子

泽泽先生
2026-09-11 12:10:25
从135到98,肚子瘪下去才明白:内脏脂肪最怕的,从来不是跑步

从135到98,肚子瘪下去才明白:内脏脂肪最怕的,从来不是跑步

健身狂人
2026-09-06 02:07:39
或提前退役?林诗栋退赛真相曝光,数月前已有征兆

或提前退役?林诗栋退赛真相曝光,数月前已有征兆

最爱乒乓球
2026-09-12 00:59:31
家中10样东西,过期1天也要扔!第一名家家都有,毒性最大

家中10样东西,过期1天也要扔!第一名家家都有,毒性最大

健康之光
2026-09-11 17:50:48
演员章若楠说大家卸了妆都长一样

演员章若楠说大家卸了妆都长一样

韩小娱
2026-09-11 11:15:08
上海体育局给了刘翔多项选择,名记:每个职位都不错但他一个都没看上,旧日情分恐到此为止

上海体育局给了刘翔多项选择,名记:每个职位都不错但他一个都没看上,旧日情分恐到此为止

尘语者
2026-09-11 09:22:16
5天前换主帅!意甲百年老店4-2重生:3连败后获首胜 皇马天才戴帽

5天前换主帅!意甲百年老店4-2重生:3连败后获首胜 皇马天才戴帽

风过乡
2026-09-12 05:51:58
我们不是普通公民!哈里梅根启动英美准王室公务,王室裂痕再升级

我们不是普通公民!哈里梅根启动英美准王室公务,王室裂痕再升级

手工制作阿歼
2026-09-12 01:15:38
演员雷宇扬去世,曾抗癌成功却又复发……医生提醒:这种癌症早期没症状,几类人群要定期筛查

演员雷宇扬去世,曾抗癌成功却又复发……医生提醒:这种癌症早期没症状,几类人群要定期筛查

新浪财经
2026-09-11 23:37:34
2026-09-12 09:28:50
中科院地质地球所 incentive-icons
中科院地质地球所
地球科学科普平台
1048文章数 151178关注度
往期回顾 全部

头条要闻

老板娘深夜被镇干部推入厕所反锁门强奸 男方:小误会

头条要闻

老板娘深夜被镇干部推入厕所反锁门强奸 男方:小误会

体育要闻

37岁还能场场进球,还能翻跟头!

娱乐要闻

港媒曝钟丽淇疑患渐冻症,本人发文

财经要闻

女装“玖姿”母公司跨境贸易迷局:安正时尚说谎了吗?

科技要闻

苹果折叠屏比小米华为贵5000元,该怎么选

汽车要闻

买菜车也有小乐趣 风云T7不止是台合格家用SUV

态度原创

手机
艺术
旅游
本地
健康

手机要闻

苹果宣布为iPhone 14、15及16系列老用户延长一年卫星通信免费使用期

艺术要闻

《步辇图》最大骗局:全程没有文成公主,却骗了所有中国人 1300 年

旅游要闻

景区“公厕关闭私厕收费”?山西碛口风景名胜区回应

本地新闻

Onestage x 乐华娱乐暑期巡回选拔2026

手脚发麻口齿不清?也可能是中风!

无障碍浏览 进入关怀版