英朝科学家“非典型”合作揭秘沉睡的火山巨人

yangqiji · 发表于 2013-9-13 08:32

在考察中，研究人员通过研究岩石以发现更多火山喷发的线索。图片来源：CLIVE OPPENHEIMER
　　1000年前，白头山火山爆发堪称近代历史上最大规模的一次火山爆发。现在，一次非同寻常的合作，旨在研究为什么白头山具有如此大的爆发力。
　　生活在Sin Mu Song村的朝鲜人从未见过西方人，James Hammond是第一个。他与朝鲜同事一起在该村附近的马铃薯田地内进行科学考察。据《科学》杂志报道，Hammond是一位英国帝国理工学院的地震学家。他将实验器材——宽频地震仪安置在位于地下的混凝土避难所内。然后，他取出一些当地的烟草，用报纸卷好。他说：“非常光滑，高级雪茄。”
　　联合研究
　　Hammond有理由去庆祝，因为他与两位英国同事刚刚完成了一个开拓性项目的一期工程，该项目旨在评估白头山（横跨中国与朝鲜边界）火山喷发的历史、地下结构以及潜在的喷发风险。英国剑桥大学火山学家Clive Oppenheimer说：“我们能感受到这份特殊的荣耀。”
　　虽然白头山现在很安静，但在很久以前，它曾展示过可怕的威力。公元10世纪中叶，白头山（在中国被称为长白山）迎来了一次千年一遇的大喷发，这可能是过去1万年中最大的一次火山爆发。
　　10年前，该处火山开始出现密集的微小震动，并引起了中国与朝鲜的密切注意，促使两国着手对该地区进行监控。尽管相关地质现象已经有所减弱，但对白头山未来可能再次喷发的预期，为朝鲜与西方开展真正意义上的科学合作打开了一扇窗。
　　为了实现这次合作，Hammond团队几经周折。经过2年的争取，他们最终获得了英国与美国政府的允许，得以将关键的实验设备运送到朝鲜；并且不再受制于英国皇家学会，而与朝鲜的科学组织签署了协议，确保了野外实地考察工作的顺利进行。正如皇家学会涉外秘书Martyn Poliakoff所说：“我们认为这一切都是值得的。”
　　一片伤痕累累的土地
　　Hammond说：“实地考察的日子非常美妙。”已安装的6台宽频地震仪将检测白头山下的所有动静。它们还将记录来自全球各地的地震波，以便Hammond和同事研究白头山的岩浆和围岩。
　　在Hammond开始工作之时，Oppenheimer和他的研究生Kayla Iacovino正在收集样本，大部分是浮石，能揭示一些有关10世纪大喷发和近年来小喷发事件的最新细节。
　　古代爆炸留下的疤痕依然清晰可见。爆炸使灰尘和浮石在33000平方公里的中国东北和朝鲜堆积，烧焦了一片茂密的森林。直到今天，这片区域基本无树木覆盖，非常贫瘠。庞大的火山碎屑流——由过热的蒸汽和碎片构成——烧焦了整个村庄的土地。在近代史中，只有1815年印度尼西亚坦博拉火山爆发的规模，可以比得上那次大爆发。（坦博拉火山爆发后的岁月被称为“没有夏天的年月”。）
　　白头山的凶猛威力是一个谜团。它位于太平洋沿岸活火山带（在这里，太平洋盆地边缘的板块碰撞“点燃”了世界上许多最具威力的火山）以西数百公里的位置。关于白头山的威力，一个可能的解释是太平洋俯冲板块（位于火山600公里以下）中的矿物质挤出了水，而水流入热的地幔岩中，能引发其融化，形成岩浆供给。
　　美国加州大学圣克鲁斯分校的James Gill说，对白头山浮石的化学分析和其他数据却并不支持这个解释。自1990年起，Gill开始在中国长白山进行实地考察。
　　深入探索
　　一到朝鲜，Oppenheimer与Iacovino便立刻着手收集珍贵的岩石样本，他们的材料是平壤市朝鲜地震局（KEB）高级地质学家Kim Ju Song和他在KEB与朝鲜科学院的同事收集到的样本。
　　Oppenheimer与Iacovino着重强调了对由千年之前的喷发所形成的浮石覆盖层（厚度达10米）的挖掘工作。Oppenheimer说：“在大喷发之前考察火山周围的地表情况是一件很有意思的事情。”例如，花粉可以反映出火山灰飘落时期的情况；火山堆底部的沉积物可以推导出火山喷发的方式等。
　　他们还计划研究浮石中水晶体内的挥发物，这些物质可以为研究者评估火山气体释放的形式和规模提供重要线索。这些详细资料可以解释，为何该地区千年一遇的火山大喷发，并没有像世界其他地区同等强度的火山大喷发一样，可以冷却地表气候。这一有趣的现象由中国地震局火山学家徐建东（音译）和他的同事于今年1月发布在《地球物理研究通讯》上。
　　覆盖在火山堆表层的黑色浮石蕴含着许多有待发掘的信息：这些沉积物究竟是在火山喷发的同时，由火山碎屑流堆积而成的，还是在火山喷发后，由记载于史料中的数次爆发中的一次形成的？若能为这些火山喷发（最近的一次发生在1903年）定性，便可以弄清白头山上的浮石在千年前的喷发后是如何演变的。
　　为了观察火山气体的释放，Oppenheimer和Iacovino还驾驶摩托艇游弋于天池上。他们打算明年夏季带着火山气体样本回英国进行分析研究，以便找出可供分析岩浆黏度的线索。岩浆黏度越高，喷发的可能性便越高，同时火山喷发的强度也越大。
　　在接下来的探索中，该小组希望利用大地电磁传感器（用来映射地表下岩层的传导性变动的设备）对岩浆房成像。他们还希望邀请朝鲜同事到英国，既是为了对他们进行火山监控方面的培训，同时也是为了能与他们一起合作进行岩石样本分析和数据解读。Oppenheimer说，关于野外实地考察工作的出版物毫无疑问将与朝鲜同事一道署名。
　　Hammond还预想着能够安置更大规模的地震仪阵列。但是，完整的白头山火山资料还需要从中国收集的数据，Gill认为这需要更广泛的科学外交。
　　不过，上个月的科学探索已经证明：通过精诚合作和相互尊重，即便是这种在以前难以想象的国际合作也可以获得成功。这使得科学家和他们的支持者相信，他们会笑到最后。（段歆涔）
来源：中国科学报　我有话说