超級火山噴發是否會導致人類毀滅?

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Image caption 壯觀的自然景觀 ——火山羽。

在意大利那不勒斯灣,有跡象顯示歐洲最臭名昭著的火山巨人正在從長眠中蘇醒過來。

坎皮佛萊格瑞(Campi Flegrei),一個也可翻譯為"燃燒場"的火山,是一座超級火山。它由數十萬年前形成的廣泛而複雜的地下網絡組成,從那不勒斯郊區延伸到地中海下方。約有50萬人生活在坎皮佛萊格瑞的七英里長的火山口,該火山口由20萬、3萬9千、3萬5千和12萬年前的大規模火山爆發形成。

過去500年來,坎皮佛萊格瑞相當平靜。自1538年以來一直沒有爆發,一個相對較小的噴發導致形成了一座"新山" ——諾沃山(Monte Nuovo)。但最近有跡象顯示,這個休眠期可能即將結束。

隨著火山口內造成變形和升溫的進程加速,意大利政府於2016年12月提高了火山的威脅警戒水平。人們越來越擔心深處的岩漿可能達到"嚴重排氣壓力",突然大規模釋放的火山氣體可能會突然將熱量注入周圍的熱液和岩石。當這種情況到達一定嚴重程度,就可能會在火山內造成災難性的岩石破壞,從而觸發噴發。與此相吻合,2017年5月發表的一項研究發現,超級火山幾十年來一直在朝著爆發的方向積聚力量。

但是,困擾人的難題不是火山是否會爆發,而是會在什麼時候爆發、規模有多大。

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Image caption 那不勒斯灣因幾次大規模火山爆發而形成。

「坎皮佛萊格瑞處於危急狀態,"博洛尼亞國家地球物理學和火山學研究所(National Institute of Geophysics and Volcanology in Bologna)的安東尼奧·科斯塔(Antonio Costa)說,他是超級火山監測團隊的一員。 "在概率方面,我們預計會有一種叫做'暴力的斯特隆布利式(Strombolian)爆發',規模比超級爆發要小,但是,要想判斷它在未來幾年內是否肯定會爆發並不容易,坎皮佛萊格瑞在監測期內還沒有過爆發,所以我們無法做到凖確預測。"

一場暴力的斯特隆布利式爆發會將熔岩和火山氣體爆炸至幾千英尺的高空。這肯定會是一個重大事故,成千上萬人將面臨被撤離。但是,鑒於坎皮佛萊格瑞的過去,爆發不會很嚴重。

最臭名昭著的超級火山爆發是大約39,000年前的坎帕尼亞(Campanian)熔岩爆發事件。大約有300立方公里的熔岩和45萬噸二氧化硫被推送至大氣平流層70公里處。火山灰飄移到了2000公里之外的俄羅斯中部地區。

這次爆發發生時歐洲大部分地區已經經歷了漫長的冰川時期,人們認為它摧毀了歐洲大陸大部分地區達幾個世紀之久。

包括意大利、地中海沿岸和整個東歐在內的大片陸地,被深達20厘米的火山灰所籠罩。大面積的植被遭到破壞,形成了一大片沙漠。俄羅斯的大部分地區被5厘米深的灰燼所覆蓋。這些火山灰足以摧毀植物生命達數十年甚至更長時間。

"從化學分析中我們得知,火山灰中含有氟,這對植被的影響極大,並可能導致動物氟中毒,"科斯塔說,"這一切可能對人類產生了強大的衝擊。"

此外,釋放出來的大量二氧化硫可能還形成了火山冬季。二氧化硫使太陽光線在上層大氣反向輻射,阻止其抵達地面。 1991年的皮納圖博火山(Mount Pinatubo)爆發是二十世紀最重大的火山爆發事件之一。正是在這種作用下,全球溫度被臨時降低了0.6攝氏度左右。但是,坎帕尼亞(Campanian)熔岩爆發導致的影響可能更嚴重。科學家估計歐洲的氣溫因之被降低了多達4℃,氣候也因此被徹底改變好多年。

這次大爆發的時間可疑。考古學家們認為大約39,000年前,人類的表兄弟尼安德特人(Neanderthals)在歐洲消失了。 長期以來,人們懷疑正是這次火山大爆發造成的全歐洲性極端氣候條件,導致了尼安德特人的滅絶,至少在部分地區如此。

雖然可以肯定這次火山爆發對尼安德特人的影響巨大,但是現在很多科學家認為,單這一個事件的破壞力還不足以滅絶全部尼安德特人。考古證據表明,在坎帕尼亞火山爆發後,尼安德特人在西歐的部份地區還存在了大約1萬年。這也可能與火山灰擴散的路徑有關。

"在這次大爆發之後,只是在法國和西班牙發現了尼安德特人遺址,"科斯塔說。"這可能是因為這兩個地方根本沒有受到火山爆發的影響,因為風是向東吹的。"

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Image caption 東歐的大部分地區都被一層火山灰所覆蓋。

甚至還有人認為爆發有益於尼安德特人,因為它延遲了現代人類抵達歐洲,而這些現代人會與他們爭奪資源。 "要到達西歐,現代人類將不得不穿過中東和由火山爆發形成的大沙漠",科斯塔說,"這片土地可能需要幾百年才能復原。"

目前,尚不清楚坎皮佛萊格瑞最後一次大爆發造成的破壞有多嚴重。但它遠非地球上唯一的超級火山爆發。地球的地質史實質上就是世界末日般的火山事件史。

在科羅拉多西南,有一個寬約100公里,深約1公里的大峽谷。它是地球歷史上最具爆炸力的一次單個事件的產物。拉加裏塔火山口(La Garita Caldera)是二千八百萬年前的一次火山爆發形成的,那次爆發噴發出了五千立方公里的熔岩。

幸運的是,這個地區的地殼板塊已經重新排列了,同樣的事情不可能重復發生。但是,在印度尼西亞,大約75,000年前發生過類似規模的爆發事件,而造成那次爆發的超級火山依然處於活躍期。

在北蘇門答臘山脈中有一座寧靜美麗的湖泊—托巴湖(Lake Toba),它是著名的旅遊景點。但這個湖泊實際上是一個巨大的火山口,是人類歷史上極端氣候事件留下的痕跡。

"坦率地說,托巴爆發與過去數千萬年間發生的任何一次火山爆發規模相當。"研究地球歷史上幾次最大規模火山爆發事件的劍橋大學教授克利夫·奧本海默(Clive Oppenheimer)表示,"這是特別有名的一次,因為它發生於現代人類時期,它的時間非常關鍵,因為它發生於人類從非洲走出來並向亞洲擴散這一時間前後。"

但這究竟對人類造成了什麼樣的影響一直是個充滿爭議的話題。

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Image caption 坎皮佛萊格瑞這樣的火山爆發可能導致了尼安德特人在歐洲的消失。

在20世紀90年代,火山學家在印度洋海洋沉積物中發現了大量的托巴火山灰沉積物。火山灰中含有的化學成分可追溯至75,000年前。後來的研究發現,在中國南海、阿拉伯海甚至距離東巴約7,000公里遠的馬拉維湖(Lake Malawi)也發現了類似的火山灰。

爆發的巨大規模意味著來自托巴的火山氣體可能穿透了地球大氣層的兩個半球,循環至全世界。托巴噴發出的究竟是哪些氣體,數量有多少,這對於了解其對氣候的影響以及隨後發生的事至關重要。但是,時間已經那麼久遠,要完成這項工作可不簡單。

"在格陵蘭有一個冰芯,它們有著過去125,000年間的地球溫度上升與下降情況的化學記錄。"多年來一直從事托巴火山研究的劍橋大學考古學家薩夏·瓊斯(Sacha Jones)說,"每年都會形成不同的冰層,人們測量了這些冰層中硫酸鹽的含量,硫酸鹽含量出現了一個很高的峰值,這似乎與托巴火山爆發的時間相吻合。"

科學家們預測,如果托巴爆發確實向世界各地輸送了大量的二氧化硫,它就可能引發了火山冬季,天空變黑並且持續了大約6000年。與此同時,遺傳學家在20世紀90年代初開展的人類線粒體DNA模式研究中發現,5萬到10萬年前似乎存在有一個人口瓶頸。許多人將這歸因於托巴。

但這並不足以讓所有人信服。

"過去10年左右,人們對托巴幾乎消滅智人這一說法更加持懷疑態度。"奧本海默說,"不同火山的岩漿能夠溶解並包含不同數量的物質,如二氧化碳、水和硫,而對托巴的火山灰進行化學分析發現,它的岩漿實際上並不富含硫。

考古記錄中也有疑點。人們認為印度尼西亞、馬來西亞和印度至少被托巴火山灰覆蓋達5厘米。植被因此被破壞,進而引發了大規模的洪災。然而,對火山灰沉積物的考古研究似乎表明人類對環境變化具有非常強的適應性。

瓊斯說:"這個時期人類活動的主要跡象就是石頭工具,如手斧和燧石片,"瓊斯在印度安得拉邦的侏羅紀穀(Jurreru Valley in Andhra Pradesh)挖掘了一些遺址。"當我們挖掘出托巴灰層之上、之中、之下的沉積物時,根本看不出這些石器時代的技術在爆發之前和之後有太多的變化,這表明它並沒有真的導致大規模的滅絶。"

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Image caption 超級火山可能會對航空旅行造成嚴重干擾。

關鍵是托巴的大部分火山灰可能落在海洋中,對人類這樣的陸棲物種造成的影響有限。不過,瓊斯認為,它對某些群體的影響還是非常嚴峻的。

"托巴是一次非常大的噴發,所以會在特定地區造成巨大的影響,"她說,"鄰近的太平洋地區是極其多樣化的,有很多微氣候,有熱帶雨林、沙漠、山脈,某些地區的人們可能比別的地方的人承受的要多。"

但是托巴的未來會如何呢?研究火山的地質學家和地球物理學家仍然對其岩漿源感到擔憂。如果平分島嶼並穿越托巴山的蘇門答臘斷裂線變得活躍,那麼這個岩漿室可能會被重新喚醒。

如果這一切真的發生了,唯一的解決辦法就是大規模撤離。但是我們甚至不知道我們會接收到多少警告。

美國黃石國家公園的黃石超級火山是全球受監測最嚴密的地區之一。人們通過各種儀器跟蹤其活動的任何可觀測趨勢,包括檢測地震鏈的地震儀、用於記錄地面膨脹和移動的GPS傳感器,甚至是用於檢測岩漿室壓力變化的衛星圖像。

過去二百一十萬年,黃石公園發生過三次大規模的火山噴發。第一次是目前為止最大的之一,產生的火山灰是1980年聖海倫斯山(Mount St Helens)噴發的火山灰的2500倍。如果黃石再次爆發,科學家認為會比托巴產生更嚴重的破壞,因為大多數灰燼會落在陸地上而不是海洋中。

"上一次黃石爆發的火山灰可能跨越了美洲大陸的南北兩部份,"牛津大學的戴維·派耶(David Pyle)說:"如果你取樣一塊大陸,突然用10厘米的火山灰將其覆蓋,那麼所有的有機物和樹木都會失去葉子,甚至可能會死亡,動物會吸入有毒化學物質,陸地會突然變得比以前更亮,大量的太陽輻射可能會被簡單地反射回大氣層,從而引發長時間乾旱。"

隨著供水停止,輸電線路發生故障,地面運輸完全中斷,一場危機會瞬間爆發。

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Image caption 如果黃石的超級火山爆發,美國的西海岸可能會因之毀滅。

"如果黃石、坎皮佛萊格瑞或者托巴爆發,將在全球造成嚴重的經濟影響,"奧本海默說,"我們看到,規模相對較小的2010年冰島火山爆發(Eyjafjallajökull)之後,它影響到大眾汽車的供應鏈,因為部件來自日本。全球航空可能會受到數十年的影響。如果大量的二氧化硫被釋放,可能會加速季風的形成和氣候變化,而這可能會影響世界糧食安全。"

這一切都可能會成為問題,不過,科學家們懷疑,像這樣的單一爆炸性事件會真的能造成人類毀滅。

相反,火山學家認為,另一種類型的火山事件可能對人類的生存構成更大的威脅。

在過去5億年中,化石記錄顯示的全部五次大規模滅絶事件均與大規模熔岩噴發相吻合。這些爆發不是單一事件,而是連續不斷的噴發達數十萬年。它們被稱為洪水熔岩,是由地球深處的熱物質上升引起的。

最劇烈的洪水熔岩爆發被認為與大陸漂流有關。在過去的2.5億年中,只發生了11次,每次都形成了廣闊的山脈、高原或火山岩。發生在6600萬年前的一次這樣的洪水熔岩事件,在印度中西部形成了德幹高原(Deccan Traps)大面積火山岩。這些爆發釋放出了大量的混合氣體,慢慢造成了海洋酸化並改變了氣候,進而促成了這一時期的大規模滅絶。

問題是沒有人知道下一次洪水熔岩事件會在什麼時候發生。 "我們預計在接下來的五千萬年中還會發生洪水熔岩事件,但是我相信沒有人知道它將於何時何地發生。"派耶說。

無論我們預測下一次超級火山噴發還是下一次洪水熔岩事件,問題都是一樣的。前者在人類歷史上沒有被觀察到,而最後一次主要的洪水熔岩爆發1000萬年前發生在加拿大南部,這比我們這個物種來到地球要早數百萬年。因此,儘管全球火山活動熱點地區都受到了嚴密監測,但我們無法預知會發生什麼,也無法知道我們能在事件發生之前接收到多少預警。與長達數百萬年的火山週期相比,我們的短暫監測是那麼的微不足道。

我們不知道我們處於這些週期的什麼階段。完全有可能在我們的一生中甚至在未來的幾十萬年中都不會發生。只有一點是肯定的,那就是這些爆發最終會發生。

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