火山研究论文

调查原因：在陆地上的火山大多是喷火的，因为地壳运动，平日里被包在地壳里的岩浆由于温度高，又承受地壳的压力，所以一遇到地壳薄的地方岩浆就猛烈冲出地面，如同火焰一般便称为火山。那你可想象过水火山吗？水火不相容，水火山又要怎样爆发呢？研究方法：用行动获得证实，并找出原因。研究过程：我准备了一个巨型脸盆，一个玻璃瓶。我在巨型脸盆中放进很冰很冰的冷水，在玻璃瓶中加入3/4热水，为了更加清楚的观察过程，我在玻璃瓶的热水中加入蓝色颜料，准备就绪。我小心地把玻璃瓶放入水中，然后迅速沉入水中。只见在玻璃瓶中蓝色的热水慢慢涌上水面，弥漫开来。过了半分钟，待它完全冷却，蓝色的“岩浆”慢慢下沉，沉到盆底。结果分析：为什么会这样？首先先要知道水是什么组成的。水是由水分子组成的，温度升高时，水分子运动速度快，因此，在热水中，水分子运动非常快，到处乱窜，分子间的距离不断拉大。随着水的体积不断增大，密度会不断变小。而水温降低时，分子间距离缩小，水的密度增大。当蓝色的水涌出玻璃瓶时，由于水分子运动减慢，就会下沉到盆底了。 收获体会：原来水中的火山也是如此有趣，水也能造出火山奇观，火山也非如此单一，世界上不是喷火的火山也不少。意大利西西里岛的埃特纳火山就是一座喷金的火山；冰岛南部海滨的格姆维特火山只爱喷发冰块；哈萨克斯坦的缅布拉克山谷是一座喷射水的火山。大千世界，无奇不有啊！

火山地壳之下100至150千米处，有一个“液态区”，区内存在着高温、高压下含气体挥发份的熔融状硅酸盐物质，即岩浆。它一旦从地壳薄弱的地段冲出地表，就形成了火山。在地球上已知的“死火山”约有2000座；已发现的“活火山”共有523座,其中陆地上有455座，海底火山有68座。 火山在地球上分布是不均匀的，它们都出现在地壳中的断裂带。就世界范围而言，火山主要集中在环太平洋一带和印度尼西亚向北经缅甸、喜马拉雅山脉、中亚细亚到地中海一带，现今地球上的活火山百分之八十分布都在这两个带上。火山出现的历史很悠久。有些火山在人类有史以前就喷发过，但现在已不再活动，这样的火山称之为“死火山”；不过也有的“死火山”随着地壳的变动会突然喷发，人们称之为“休眠火山”；人类有史以来，时有喷发的火山，称为“活火山”。火山活动能喷出多种物质，在喷出的固体物质中，一般有被爆破碎了的岩块、碎屑和火山灰等；在喷出的液体物质中，一般有熔岩流、水、各种水溶液以及水、碎屑物和火山灰混合的泥流等；在喷出的气体物质中，一般有水蒸汽和碳、氢、氮、氟、硫等的氧化物。除此之外，在火山活动中，还常喷射出可见或不可见的光、电、磁、声和放射性物质等，这些物质有时能致人于死地，或使电、仪表等失灵，使飞机、轮船等失事。火山喷发的强弱与熔岩性质有关，喷发时间也有长有短，短的几小时，长的可达上千年。按火山活动情况可将火山分为三类：活火山、死火山和休眠火山。其中休眠火山指有人类历史的记载中曾有过喷发，但后来一直未见其活动，世界上大约有500座活火山。火山喷发可在短期内给人类和生命财产造成巨大的损失，它是一种灾难性的自然现象。然而火山喷发后，它能提供丰富的土地、热能和许多种矿产资源，还能提供旅游资源。许多书籍中都对火山喷发的情形做了详细的描述。例如在《黑龙江外传》中记述了黑龙江五大连池火山群中两座火山喷发的情况。“墨尔根（今嫩江）东南，一日地中出火，石块飞腾，声振四野，越数日火熄，其地遂成池沼此康熙五十八年事。”

01

该团队在墨西哥索诺拉跨越埃迪卡拉系-寒武系界线的地层里建立了化学地层学、生物地层学和地质年代学（框架）。在La Ciénega组内记录了寒武系基底碳同位素漂移最低值的碳酸盐岩之上20m的富赤铁矿砂质白云岩层，对其中的棱角分明的火山灰锆石晶体利用U-Pb化学剥蚀-同位素稀释-热离子化质谱分析法得到了 Ma的最大沉积年龄。该含有再造凝灰质的岩层位于埃迪卡拉纪晚期宏体化石的末现点之上、寒武纪遗迹化石 Treptichnus pedum 的首现点之下，因此这一年龄校正了埃迪卡拉系-寒武系界线的标志层。劳伦大陆南部的裂陷相关的溢流玄武岩火山活动、碳同位素负漂移以及生物转折的时间一致性都很符合火成岩省爆发导致埃迪卡拉纪末灭绝的机制。

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Geology,(2021)49(2),115-119.

译者

南京大学@申博恒

02

前人对Canary（加纳利）群岛中，La palma（拉帕尔马岛）岛上Cumbre Vieja（康伯利维亚火山）和Tenerife（特内里费岛）岛上Teide（泰德峰）的地热流体或气体样品中He同位素（He/ 3 4 HeHe）组成的研究超过25年（Cumbre Vieja样品的He/ 3 4 HeHe值为 A ，Teide样品的He/ 3 4 HeHe值为 A ，R A 为大气He/ 3 4 HeHe值），这些样品具有相似的CO 2 / 3 He比值（2 109—4 109），与地幔值接近的δ 13 C组成（‰到‰）以及相似的CO排放通量（— 1010 mol/yr），但He同位素组成有差异，研究表明这些样品He同位素组成不同不是由时间差异或源区 2 4 He的增加导致，而是因为他们来源于不同的He储库（La plama样品来源于HIMU型地幔源区，Tenerife样品来源于受岩石圈地幔影响的富集型地幔源区）。Canary群岛的地热样品记录了源区现在的He组成，其东部较老熔岩的橄榄石中记录的He/ 3 4 HeHe值高于由地热样品中测得的现今He/ 3 4 HeHe值，这表明了Canary群岛地幔源区的He储库随时间发生演化。该研究将从加纳利（Canary）群岛、亚速尔（Azores）群岛、佛得角（Cape Verde）群岛、夏威夷（Hawaii）群岛和冰岛（Iceland）的地热样品测得的He同位素数据与从橄榄石斑晶、辉石斑晶和玻璃中测得的He同位素数据进行比较，结果表明即使在年代超过1 .的地层中，由地热样品测得的He同位素数据与从矿物斑晶和玻璃中测得的He同位素数据也具有良好的相关性。此外，除了Canary群岛，在Hawaii群岛、Azores群岛和冰岛内部的岛屿之间也存在不均一的He同位素组成，这些不均一的信息在其热液样品、矿物和玻璃中保存下来。特别是在冰岛西北部，较老熔岩的橄榄石中He/ 3 4 HeHe值比该地区现今地热样品中的He/ 3 4 HeHe值更高，这种差异可能反映了中新世以来，冰岛岩浆作用中幔源 3 He输入的减少。利用地热和地质样品联合评估He/ 3 4 HeHe值随时间变化的方法为研究板内火山源区不均一性和源区随时间的演化提供了有力的工具。

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Geology,(2021)49(2),120-124.

译者

NJU@哈哈宇

03

用锂同位素量化硅质岩浆同喷发期间挥发分丢失的时间尺度

大多数爆发性的硅质火山在爆发事件之间具有数千年的宁静期。从宁静期到再度喷发的转换时机是解释监测信号并提高居住在活火山附近居民安全的关键。为解决这一问题，研究人员研究了美国爱达荷州和怀俄明州黄石火山系统中梅萨瀑布凝灰岩斜长石晶体中的锂同位素（δ 7 Li）和元素浓度分布，使用这种新的方法，限制了爆发前挥发分脱气发生的最小时间尺度为数十分钟。在这个短暂的时间里，Li的浓度从晶体核部到边缘下降了4到10倍，同时δ 7 Li的增加高达10‰，反映了斜长石核部与脱气贫锂熔体之间的扩散驱动平衡。在该项研究中获得的新的时间尺度表明，岩浆挥发分库存具有同喷发期快速变化的潜力。

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Geology, (2021) 49 (2),125-129.

译者

CUGB@唐演

04 西藏中部因板块拉力增强引起的被动大陆边缘岩浆作用

该研究报道了西藏中部南羌塘地体的约239Ma的镁铁质岩脉群，其形成于俯冲板块的被动大陆边缘。岩墙为拉斑玄武岩，具有轻稀土元素富集、Nb和Ta中度负异常和同位素富集的特征。岩墙与古特提斯洋板块回转而在上覆板块形成的弧后盆地同时代。因此，在洋脊俯冲后，大洋一侧的板块回转导致的板块拉力增强，使另一侧被动大陆边缘发生了伸展和岩浆作用。该研究认为，增强的板块拉力是俯冲板块被动大陆边缘岩浆作用的形成机制，这在先前是没有被认识的。

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Geology ,(2021) 49 (2)，130–134.

译者

哥斯达黎加的61

05

在标准孕震区以下的地震活动很难调查，因为这类地震的地质记录假玄武玻璃通常已经发生反应或者畸变。该文章描述了挪威北部罗弗敦群岛下地壳麻粒岩中异常的原始假玄武玻璃。假玄武玻璃与容矿岩（主要为斜长石、碱长石、直辉石）的矿物组成基本相同，并含有指示快速冷却的微结构，即：长石微晶石、球晶和“花椰菜状”石榴石。在围岩和玄武假晶碎屑中都没有糜棱岩。没有先兆韧性变形特征的记录，就排除了下地壳中触发地震的几种常见机制，包括热传递、塑性不稳定以及地震沿着断裂的脆性部分向下至韧性部分的传播。容矿岩中的脱水矿物和假玄武玻璃排除了脱水引起的脆化。在没有这样的弱化机制的情况下，地壳下部的应力水平曾经一定很高。

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Geology, (2021) 49 (2),135–139.

译者

掉帧青年萧暮春@YU

06 全新世时期南美和非洲热带地区相似的冰川活动 历史

在全球变暖的趋势下，伴随着气温的升高，热带地区的冰川正在不断后退。然而，在时间尺度相对较长的地质 历史 时期，这些热带地区冰川活动的变化趋势还不明了。最近来自美国波士顿学院的Anthony C. Vickers及其合作者，通过对新近暴露的基岩进行原位 14 C和 10 Be宇生核素测年，对南美奎尔卡亚（Quelccaya）冰帽和非洲鲁文佐里（Rwenzori）山脉全新世的冰川活动 历史 进行了重建。结果发现，两地区全新世的冰川活动 历史 具有相似性。在全新世的前期（~ 5 ka前），冰川范围小于当今；全新世后期（~ 5 ka后）的冰川范围则多大于当今。两大洲热带地区全新世冰川活动的相似性指示更大尺度上的温度变化是热带地区冰川活动的驱动，而非区域性降水。本文结果也显示在全新世后期热带地区冰川范围扩张的背景下，当前气候加剧变暖导致的热带冰川后退现象与近千年的冰川活动趋势相比存在异常。

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Geology, (2021) 48 (2),140-144.

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译者

三口刀

07

南极罗斯海伊里萨尔角的冰雪融化暴露古代阿德利企鹅的聚居地

近日，专门研究企鹅的美国生物学家史蒂芬·埃姆斯利（Steven Emslie）在南极的伊里萨尔角（Cape Irizar）意外地发现了几处刚刚暴露出来的古代阿德利企鹅生存遗址和一些看上去较为“新鲜”的古代阿德利企鹅遗骸。

位于南极洲的罗斯海是南大洋中生产力最强的海洋生态系统之一，每年为将近100万对繁殖的阿德利企鹅（Pygoscelis adeliae）提供生存条件。在这里，有一处保存较完好的从最后一次冰川盛期（ 14 C分析结果显示其距今45000年）到全新世的企鹅栖息地遗址。

伊里萨尔角（Cape Irizar）是一个岩石岬角，位于斯科特海岸的德里加尔斯基冰舌（Drygalski Ice Tongue）以南。2016年1月，几处古代阿德利企鹅生存遗址及大量企鹅骨骼、羽毛的表面残骸和看上去比较新鲜的尸体由于雪的融化而在这里暴露出来。研究人员对其取样，并进行放射性碳分析。分析结果表明，这些看起来“新鲜”的遗骸实际上年代已经很久远了。阿德利企鹅的对该地的三次占据是在大约距今5000年的时候开始的，其中最后一次占据是在大约距今800年左右的时候结束的。

这些看似“新鲜”的企鹅遗骸实际上是古老的，这表明：一直到最近，冰雪的融化才使得之前被冰冻的企鹅尸体和其他遗骸在长达约800年的时间中第一次暴露出来，并使它们开始腐烂且看起来新鲜。最近的气候变暖趋势和历来卫星图像（Landsat）中显示的2013年以来岬角积雪减少的情况都支持了这一假设。

企鹅骨胶原δ 13 C值的增加进一步表明了古生企鹅生存条件达到“最适度”的时期是海洋生产力大大提高的时期，即距今4000年前—距今2000年前的温暖期，这可能与特拉诺瓦湾冰穴（Terra Nova Bay polynya）的扩张和德里加尔斯基冰舌（Drygalski Ice Tongue）的裂冰事件有关。

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Geology, (2021) 49 (2),145-149.

译者

天津师范大学@廖辞霏

08 重新定义东非大裂谷系统运动学

东非大裂谷系统的几何形状和表面运动是全球板块运动模型中受到约束最小的部分。该团队使用GPS数据来控制索马里板块的旋转，并为该地区提出了一个新的构造板块几何结构。此外，该团队还测试了西南印度脊的地质数据和马达加斯加的新GPS数据，以确定重新定义的爱尔兰微型板块运动学。研究发现了一个大变形区，从罗武马微型板块的东部边界延伸到科摩罗群岛，包括马达加斯加中部和北部的部分地区。马达加斯加板块正在分裂，马达加斯加南部随着爱尔兰微型板块旋转，马达加斯加东部和中南部的一块板块随着索马里板块移动。努比亚-索马里板块系统横跨东非裂谷系统的辐散包括沿着束缚刚性块体的狭窄裂谷段的扩散变形和应变调节。

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Geology,(2021)49(2), 150–155.

译者

中国地质大学@黄永慧

09 巨型鲕粒对早三叠世海水碳酸盐体系的启示

下三叠统灰岩含有巨鲕及其它比前寒武纪地层更典型的碳酸盐沉积构造。这些特征可能是由于晚二叠世生物大灭绝时期海水水化学变化所导致的，但是定量恢复早三叠世海水的碳酸盐体系仍然充满挑战。作者基于中国南方下三叠统鲕粒的粒径数据并通过物理化学模型约束了鲕粒的形成过程，来制约鲕粒形成时期海水的碳酸盐饱和指数、溶解无机碳含量、碱度及pH。基于以上方法，作者发现侏罗纪的巨型鲕粒形成在高碳酸盐饱和指数的海水中，这与现代鲕粒形成的环境类似。计算结果表明，早三叠世海水的文石和方解石饱和指数均大于7。通过结合大气二氧化碳和海水钙离子浓度重建结果，作者发现早三叠世海洋的溶解无机碳浓度和碱度比现今高两倍，并且其pH在左右。因此，早三叠世海水碳酸盐体系阻碍了钙质生物的复苏。

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Geology,(2021)48(2),156-161.

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译者

小爪爪

10

沉积物供应不足导致丹麦瓦登海全新世晚期障壁岛链暂时性退化

理解沉积物供应与海平面变化直接的耦合关系对预测障壁海岸（障壁岛和障壁沙嘴）对未来海平面上升的响应至关重要。来自北海东南部的瓦登海的大量岩芯、地震剖面和高分辨率测年的数据表明障壁岛链的进积作用在 ka.期间停止并发生退化。障壁岛的衰退是由区域性的海岸重组引起的沿岸漂流减弱造成的。大型三角岬的前移导致沉积轨迹远离障壁海岸，由此导致的海洋沉积物供应的减少，降低了障壁链的稳定性，从而导致区域的海平面上升阈值从2~9mm/yr降至低于现代海平面上升速率的约。因此，预测障壁海岸对海平面上升的响应需要考虑到沉积物供应的可能变化以及人为和自然原因下大尺度地貌的反馈作用。

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Geology, (2021) 49 (2),162–167.

译者

CDUT@Aether

11 北美洲东部Acadian造山带深部岩浆堆积的山根

对于地壳内质量和能量重新分布是地壳中中性到酸性岩浆作用的成因这一模型，增生造山带中堆晶岩浆岩质山根的缺失是其基石。同样地，由于缺乏相关的同时代深部镁铁质对应物质，长期以来新英格兰阿巴拉契亚（美国东北部）的Acadian岩体的起源一直用封闭体系地壳熔融来解释。研究者报道了新发现的幔源熔体经过分离结晶过程形成的Acadian含水超镁铁质堆晶岩（美国康涅狄格州，新英格兰南部）。这些岩石第一次在阿巴拉契亚造山带被发现，也是全世界仅有的少数保存完好的弧深部含水堆晶体。研究者认为这些堆晶岩与新英格兰中南部同时代岩体具有成因联系，其中前者代表了同一岩浆弧缺失的深部堆晶岩山根。研究者的发现支持以下假说：深部地壳中的分离结晶和混染作用使幔源含水岩浆发生分异，是产生中酸性岩浆作用和大陆地壳地球化学演化的基本过程。

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Geology,(2021)49(2),168-173.

译者

CUGB@齐宁远

12

澳大利亚与劳伦大陆即Nuna超大陆核心连结时间的古地磁学依据

澳大利亚和劳伦古大陆在古元古代至中元古代的Nuna超大陆中的结合时间开始于。两个陆块均位于原始SWEAT（美洲西南部-南极东部）组合陆块中。但是对该组合持续的时间的研究较少。这项研究报道了在位于澳大利亚北部的Derim Derim岩床中最新获得的高质量古地磁极数据。证据表明澳大利亚和劳伦古大陆在是处于同一组合大陆中。这项新的古地磁极约束也支持了澳大利亚与中国华北板块相连，并结合前人报道中所有大陆的古地磁数据，说明Nuna超大陆的分裂大概发生在期间。

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Geology, (2021) 49 (2), 174–179.

译者

CUGB/MQ@SH

编辑&校对：覃华清