它是引發地球巨變的“惡魔”，
它也是為人類帶來豐富礦產的“寶藏”，
它是最為暴烈的地球運動，
它就是“超級火山”。
在它面前，
我們熟知的西西里島火山、夏威夷火山和菲律賓火山
都是小巫見大巫。
平日裡， 我們聽聞的超級火山是這樣的：
“一次噴發至少一千立方公里， 規模相當於1000座小火山同時噴發、可持續100萬年以上”
“我們熟知的‘小火山’每次噴發量僅為它的千分之一”
“每次超級火山爆發， 會引發30—40%的物種從地球上消失”
大部分人談及超級火山都會心生恐懼， 但現在， 這個大約每隔1000—2000萬年， 就要爆發一次的“惡魔”， 或將被準確預測。
浙江大學地球科學學院夏群科教授團隊的一項研究表明給地球面貌帶來重大影響的超級火山， 其成因卻與水有關。 近日， 著名期刊《自然通訊》刊發夏教授團隊的該項研究， 全面地界定與分析了超級火山形成的原因與機制， 其中關鍵就是研究人員掌握了高品質的、可信的岩漿水含量的資料。
超級火山成因四大因素， 其中水最難捉摸如今的地球， 分佈著歷次超級火山噴發的遺跡——大火成岩省。 它包括噴出的大規模溢流玄武岩和岩漿供體大型放射狀岩牆群。 它們在很大程度上與來自深部的地幔柱活動有關, 是地幔柱岩漿活動的直接產物。
超級火山噴發概念圖
若要預測超級火山， 首先要摸清超級火山的形成機制：短時間內， 巨量的岩漿是怎麼產生的呢？目前， 科學界公認影響岩漿的產生取決於四大因素：溫度、壓力、岩石成分和水。 前三種因素， 科學界已有可靠的辦法來測定。 唯獨水的因素最難捉摸， 之前的方法， 操作難度大、誤差大。
“許多科學家都提出水對岩漿的形成至關重要， 如果我們沒法測定水的含量， 就沒法進一步評估和模擬水的影響。 ”夏群科說。
岩漿中水的秘密， 藏在石頭裡安靜的實驗室裡， 博士後劉佳用鑷子取出一片薄薄的玄武岩切片， 放進紅外光譜儀中。 這片樣品， 是大約2.5億年前一次巨量岩漿噴發之後的產物， 深灰色的切面上， 分佈著一些邊緣模糊的白色小點。
夏群科課題組採集一些來自我國西南部峨眉山大火成岩省的玄武岩樣品。 大約2.5億年， 中晚二疊紀發生過一次超級火山噴發， 它影響著我國西南地區的海陸變遷， 沉積以及成礦作用， 同時也可能導致了二疊紀全球氣候變化和生物大滅絕事件。
玄武岩是由地幔深處的物質熔融後形成的岩漿， 噴出地表經過分凝、冷卻而來。 玄武岩樣品， 乍一看是一塊深灰色緻密的石頭， 仔細分辨， 上面鑲嵌著一些發白的亮晶晶的顆粒。 這便是單斜輝石。 夏群科說， 岩漿在冷卻過程中， 一些原子會排列成有序的晶格， 形成礦物。 在這一過程中， 水以OH羥基的形式進入礦物晶格。
超級火山噴發概念圖
課題組找到一種方法，通過測定單斜輝石中的水含量，從而準確反演出原始岩漿的水含量。“我們發現，超級火山的岩漿含水量，要比普通含水量高出幾十甚至上百倍。”夏群科說。大量的水從何而來？科學家進一步研究發現：這是在地球板塊運動過程中，大洋板塊俯衝插入地幔而帶入的水。“巨量岩漿中的水，來源於俯衝板塊歷經脫水後進入地幔的殘餘板塊攜帶的流體。”
有了高品質的、可信的水含量的資料，科學家得以完整考慮超級火山的形成機制。這樣，科學界終於可以全面地界定與分析超級火山形成的原因與機制。夏群科課題組在Nature Communications發表論文Mantle hydration and the role of water in the generation of large igneous provinces，全面闡述了地球上大火成岩省的成因：溫度、壓力、岩石性質與水，四大因素必須同時具備，才能形成超級火山。“只有當所有條件都具備了，地球內部才能在短時間產生巨量岩漿。“夏群科說。我國的峨眉山大火成岩省，成為印證這一學說的第一個案例。
全球已知的大火成岩省分佈
研究超級火山，有助於發現礦產資源超級火山大約每1000到2000萬年發生一次，最“年輕”的遺跡是位於哥倫比亞河區域的大火成岩省，形成於約1600萬年前，就是今天美國黃石國家公園所在之地。
“普通火山和超級火山不同，普通火山只要四個因素中的一個或幾個起作用就能產生，而超級火山必須四個因素同時具備。”夏群科說，這樣使得超級火山的預測成為可能。“我們知道，超級火山的岩漿需要大量的水，這些水是由板塊俯衝從地錶帶入地幔的。我們可以由此推斷，超級火山，必然產生於曾經或者正在發生板塊俯衝的地方或者附近”。
超級火山噴發概念圖
夏群科說，課題組下一步將與歐洲和日本科學家合作，研究考察世界不同區域的大火成岩省，進一步檢驗與完善這項研究結果。超級火山不僅是引發地球巨變的“惡魔”，它也為人類帶來了豐富的礦產資源。大火成岩省都是礦產資源豐富之地，著名的攀枝花鐵礦，就位於峨眉山大火成岩省區域。“對於大火成岩省形成機制的研究，將幫助人類更好地去發現新的礦產資源。”
該研究受中國科學院戰略先導項目（B類）、中國國家自然科學基金和芬蘭自然科學基金的資助。
本文編輯：七七
超級火山噴發概念圖
課題組找到一種方法，通過測定單斜輝石中的水含量，從而準確反演出原始岩漿的水含量。“我們發現，超級火山的岩漿含水量，要比普通含水量高出幾十甚至上百倍。”夏群科說。大量的水從何而來？科學家進一步研究發現：這是在地球板塊運動過程中，大洋板塊俯衝插入地幔而帶入的水。“巨量岩漿中的水，來源於俯衝板塊歷經脫水後進入地幔的殘餘板塊攜帶的流體。”
有了高品質的、可信的水含量的資料，科學家得以完整考慮超級火山的形成機制。這樣，科學界終於可以全面地界定與分析超級火山形成的原因與機制。夏群科課題組在Nature Communications發表論文Mantle hydration and the role of water in the generation of large igneous provinces，全面闡述了地球上大火成岩省的成因：溫度、壓力、岩石性質與水，四大因素必須同時具備，才能形成超級火山。“只有當所有條件都具備了，地球內部才能在短時間產生巨量岩漿。“夏群科說。我國的峨眉山大火成岩省，成為印證這一學說的第一個案例。
全球已知的大火成岩省分佈
研究超級火山，有助於發現礦產資源超級火山大約每1000到2000萬年發生一次，最“年輕”的遺跡是位於哥倫比亞河區域的大火成岩省，形成於約1600萬年前，就是今天美國黃石國家公園所在之地。
“普通火山和超級火山不同，普通火山只要四個因素中的一個或幾個起作用就能產生，而超級火山必須四個因素同時具備。”夏群科說，這樣使得超級火山的預測成為可能。“我們知道，超級火山的岩漿需要大量的水，這些水是由板塊俯衝從地錶帶入地幔的。我們可以由此推斷，超級火山，必然產生於曾經或者正在發生板塊俯衝的地方或者附近”。
超級火山噴發概念圖
夏群科說，課題組下一步將與歐洲和日本科學家合作，研究考察世界不同區域的大火成岩省，進一步檢驗與完善這項研究結果。超級火山不僅是引發地球巨變的“惡魔”，它也為人類帶來了豐富的礦產資源。大火成岩省都是礦產資源豐富之地，著名的攀枝花鐵礦，就位於峨眉山大火成岩省區域。“對於大火成岩省形成機制的研究，將幫助人類更好地去發現新的礦產資源。”
該研究受中國科學院戰略先導項目（B類）、中國國家自然科學基金和芬蘭自然科學基金的資助。
本文編輯：七七