美国黄石公园有什么秘密?
黄石公园大棱镜泉
黄石公园穿越河流的麋鹿
游客在观赏“老忠实”间歇泉
发现火山
1870年八九月份,人类在美国的黄石国家公园进行了一次重大的探险活动。作为美国军队护航的首领,30岁的陆军中尉古斯塔夫·多恩(Gustavus C.Doane)跟随探险队进入黄石位于怀俄明州的领地。当他登上黄石河上海拔3122米的沃什伯恩山(MountWashburn)往南看时,发现落基山脉似乎缺失了什么东西,方圆数英里都是平地,只在远处有山脉将中间的平地包围,形成一个巨大的森林地盆。对这种现象多恩只想到一种解释:“这个巨大的盆地曾是某个死火山的火山口。”
他说得没错,美国这个最古老、最著名的国家公园不偏不倚地坐落在地球最大的火山群上,黄石国家公园本身就是一座火山。
上世纪50年代,一个名叫弗朗西斯·乔·博伊德(Francis Joe Boyd)的哈佛学生对他在黄石公园发现的凝灰岩产生了兴趣。这是一种火山灰因热和压力凝结而成的岩石,他当即就意识到这是地质年代很近的一次喷发碎屑留下的痕迹。1965年,克里斯蒂森发现第二处明显的凝灰岩,第二年他和同事又发现了第三处。通过钾-氩测年法,他们判断这三处凝灰岩是三次火山大爆发的产物。每一次爆发都留下了一个巨大的喷火山口,第三次喷发埋葬了前两次喷发的大量遗迹。
科学家们由此推算出黄石超级火山的喷发事件。第一次喷发是在1650万年以前,之后它喷发了大约100次,有研究的只有最近三次,分别是210万年前、130万年前和64万年前。
210万年前的黄石火山喷发堪称地球上五大火山喷发之一,也是黄石超级火山可考史上爆发最强大的一次,是最近一次喷发的两倍。但是,火山喷出的岩浆量达到2450立方公里,形成的破火山口至今超过100公里,产生的火山灰足以把纽约州埋在20米的深处,或者把加利福尼亚州埋在6米的深处,整个美国一半面积都被覆盖。
距今130万年前,黄石火山再度苏醒,此次爆发在最近的三次爆发中威力最小,但同样具有毁灭性。爆发造就了黄石国家公园西侧岛公园之内的亨利福克破火山口,并且形成了另一片广泛分布的凝灰岩。
黄石公园内有上万个喷出热水和热气的孔穴,还有200多处间歇泉,这意味着黄石公园底下存在一个巨大的岩浆囊。岩浆囊是火山底下充填着岩浆的区域,是地壳或上地幔中岩浆相对富集的地方,类似于石油矿藏,岩石孔隙中充满了高温流体。
每当漂浮在上面的板块经过时,下面的热柱就会把上面的板块部分融化成岩浆,形成岩浆囊。因为黄石火山蕴藏在北美大陆板块的内部,所以当板块缓慢地飘过岩浆囊的时候,岩浆的巨大热量会融化板块上的岩石,使大陆板块越来越薄,它下面滚烫的岩浆却逐渐增多,岩浆囊离地表越来越近。对于钢筋水泥而言,地壳板块几乎牢不可破,但是对地球内部的高温熔岩而言,地壳板块不堪一击。
当数万年过去后,如果岩浆囊上空的地壳出现裂缝,岩浆就找到了通往上层的通道。这时岩浆囊里的压力会通过裂缝释放,溶解在岩浆囊里的各种气体也会大量逃逸出去形成爆炸,正如打开一瓶猛烈摇晃的可乐。
为了弄清这个岩浆囊有多大,犹他大学的火山专家鲍勃·史密斯(Bob Smith)用地震波方式进行测量。地震发生时产生的余波会穿越地球,地震波通过熔岩的速度比通过岩石慢,透过地震仪显示的不同震波抵达时间,可以计算和绘制岩浆囊的大小范围。
他用地震仪组成了一个检测中心,由22个检测中心构建成一个全方位的网络,所有数据都会传到犹他大学的中心记录设备中以供分析。他说:“地震检波器网络就像一个天线,你通过聆听进入天线的地震波,就能检测到来自地球内部的事情。”这有点像CT扫描,通过透过人体组织的X射线来建立你身体内部结构的三维图像。实验结果超过了之前所有的预测,这座破火山口下面的岩浆囊长80多公里,宽40多公里,和黄石火山口的大小差不多;距离地表最浅处约8公里,最深处约16公里,体积大约有2万~2.5万立方公里,里面融化的岩石只有10%~30%,剩下的物质都是炎热的固体。
岩浆囊下面有一个不断提供热量的地幔热柱,这就像一根埋在地球深处的柱子,温度很高,约1400~2000摄氏度,越往地球深处温度越高。热柱由两个部分组成,下部呈长细柱状,底端连至地幔底部;细柱的热物质上升速度往往比本体更快,一旦上升到较浅出,受到的压力降低,于是体积膨大向四面展开,整体看起来就像是有着细长柄的蘑菇。热柱口的直径可达1900公里,上升到一定高度后这股热柱会灌入岩浆囊。
热柱被认为是地球释放热量的一种方式。目前地球上这种热柱有32处,只有一处在陆地板块,其余都在海洋下面,这种热柱的位置是相对固定的,但是大陆和海床由很多巨大的板块和更多很小的板块组成,漂浮在密度更大的地幔上。北美板块就像是卡布奇诺咖啡上漂浮的奶油,向西南方向移动,过去1650万年前板块的平均移动速率是每年4.6厘米,和指甲生长的速度差不多。
这就像拿着一张纸缓慢经过下方的蜡烛,如果有些地方停留得久一点,烛火就会将纸烧出个窟窿。随着板块继续漂移,已经形成“窟窿”的部分也在跟着前移,当移到新的热柱上方,之前的一幕又将重新上演。科学家在黄石国家公园的西南方发现了6个破火山口,像一串珠子一样排列,最古老的是1800万年前至1650万年前的麦德米特火山场。200多万年前,黄石公园所在地区位移到热柱上,地下曾经供应了6座火山的燃料又开始工作,超级火山爆发的新循环就此开始。
黄石公园的地表热量是全世界平均水平的三四十倍,靠近地表的岩浆驱动间歇泉喷发。但是多斯说间歇泉变化多端,同样无法预言。比如汽船泉是世界上最大的间歇泉,喷射的时候达120米高,但喷射的间隔可以少到4天,多到50年。“如果它今天喷射,下个星期又喷射,丝毫不能说明它下下个星期或者下下下个星期或者20年之后会怎么样。整个公园都变化无常,实际上你不可能根据任何动静来下结论。”
如此看来,似乎谁也无法预料它何时喷发。鲍勃·史密斯说:“最初我们也担心地面隆起会导致火山喷发,但在发现岩浆位于地下10公里后,我们消除了这种担忧。如果岩浆深度在地下两三公里,我们将陷入极大的忧虑中。”在他眼里,火山口的地标隆起只是地标变形类型的一部分,只是一个不间断的过程,属于正常现象。“黄石公园下的热柱在过去大部分时间里都是在美国西部的盆地和山脉形成破火山口,而今黄石火山之上的是落基山脉这个强硬粗厚得多的地壳,也许可以抵挡底下热点的爆发。”
但是,暂时是安全的并不意味着以后也是安全的。鲍勃·史密斯曾写道:“黄石实际上活着,还在呼吸。”克里斯蒂森早年在关于公园的综合地质报告里也写道:“黄石国家公园区域无疑将会发生火山活动。”火山专家比尔·麦格教授认为:“不仅在黄石公园,在世界的任何地方,都有可能有‘超级火山’爆发。这样的事情在地球上不止一次上演,没有理由因为人类的出现而终止。”