北京时间2026年4月10日，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）教授基于采用数据同化技术的精度地球动力学数值模型，次清晰描绘黄石火山下岩浆系统形成的动力过程五指山PVC管道管件粘结胶，新研究成果发表于学术期刊《科学》。

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火山是地球上威力强的类火山，单次喷发的固态物质体积可达1000 立千米以上五指山PVC管道管件粘结胶，会对环境、气候和人类社会产生巨大的影响。因此，入理解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，理解火山下岩浆系统的形成和演化机制是关键中的关键。

以往认为，火山的动力来源是其下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，终致地壳发生大规模破裂、坍塌和岩浆喷发（图左）。然而，越来越多的研究发现纯液态岩浆房并不存在，可能的分布是纵跨整个岩石圈的大型岩浆晶粥（magma mush）。岩石圈是地球外层的坚硬圈层，其下的地幔温度较、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，火山的岩浆主要源自岩石圈下覆的软流圈物质部分熔融。当来自部的液态岩浆与岩石圈的固体岩石混时，即可形成粘度达液态岩浆数十万倍的岩浆晶粥，然而该复杂系统的部驱动机制仍然不清楚，这也是当前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210万年内发生两次喷发：次在208万年前，另次是在63万年前，喷发量分别达到2500立千米和1000立千米，是座典型的火山。传统观点认为黄石火山是来自数千公里处的地幔热柱在地表的体现。过去数十年中，人们对黄石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，并且呈现随度增加向西南向偏移的倾斜几何形态（图右），显著有别于传统的垂直上升地幔柱模型。在这系统中，岩浆长期以晶粥的形式存在五指山PVC管道管件粘结胶，富含液态岩浆的晶粥（即传统意义上的岩浆房）应该仅在喷发前小段地质时间内出现。这些观测为理解黄石火山下岩浆系统提供了关键信息。

图：黄石火山下岩浆系统示意图。左侧：传统地壳岩浆房观点下的黄石火山岩浆系统示意图。右侧：大型岩浆晶粥视角下的黄石火山岩浆系统示意图。其中黄到红的渐变区域显示了纵跨岩石圈的大型岩浆晶粥结构。在这结构中，pvc管道管件胶少量液态岩浆和大量固体岩石混形成了其粘稠的岩浆晶粥。在岩浆晶粥结构以外五指山PVC管道管件粘结胶，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精度建模，并计相关的动力学过程，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）在穿过黄石火山下狭窄的大陆岩石圈通道时，由于相互拉扯致热物质的减压熔融，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，黄石火山下的岩石圈内聚集了区域的拉张应力，“撕裂”该处的北美大陆岩石圈，形成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样上涌、迁移，并在过程中不断演化，终形成黄石火山下岩浆系统的形态。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，为理解黄石火山提供了的地球动力学约束。

图二：黄石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致的降压熔融过程中产生了大量幔源岩浆。黄五角星标记了黄石火山在地表的位置。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，黄石火山下形成了条向西南向倾斜的快速拉张带（阴影区域），“撕裂”了北美大陆岩石圈。这构造过程控制了黄石火山下岩浆系统的形态，对黄石火山的形成和演化有重要意义。注：图中箭头仅指示速度的向，不代表实际大小。

这研究次系统地揭示火山下岩浆系统的形成机制，清晰地描绘从岩浆产生到聚集的动力过程，为火山下长期存在的大型岩浆晶粥结构的形成提供明确的物理机制，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。这研究为未来进步理解火山动力过程、预测火山活动和预火山灾害提供了新的地球动力学视角。

（光明日报全媒体记者崔兴毅）

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