火山岛的起源

1 月 6 日发表在《科学》杂志上的一份报告指出，南大西洋的阿森松岛等火山热点可能有一个令人惊讶的起源。

长期以来，科学家们一直认为，这些岛屿是由从地幔深处涌出的热羽流驱动的。然而，当研究人员比较世界各地火山热点和洋中脊的温度时，他们发现许多所谓的热点实际上相当凉爽。

加州大学洛杉矶分校的地球物理学家、该发现的合著者卡罗琳娜·利思戈-贝尔泰洛尼说，这些地点的条件可能不够温暖，无法让羽流从地幔深处向上移动。她和她的团队总结说，了解这些神秘热点是如何形成的，可能会为地球表面以下较浅深度的地质过程提供重要线索。

世界上大部分的火山活动都发生在构造板块之间的边界，那里发现了被称为洋中脊的水下山脉。 “在这些洋中脊上，我们赖以生存的地壳下面的物质上升并融化并形成火山作用，结果板块分离，形成了新的海底，”Lithgow-Bertelloni 说。 “这是[行星]内部大规模运动的一种表现。”

然而，在极少数情况下，火山是由不同的过程产生的，可能会在远离大洋中脊的地方突然出现。第二类包括夏威夷火山岛和加拉帕戈斯群岛。最被广泛接受的解释是，过热的羽流从很深的地方升起，甚至可能从这些热点的地球岩石地幔和地核之间的边界升起。羽流融化周围的岩石形成岩浆，最终从地表喷发。随着覆盖羽流的构造板块移动，随着时间的推移形成一连串的火山。

科学家们发现，当熔岩在这些地点冷却时形成的玄武岩与沿着大洋中脊形成的玄武岩具有不同的化学性质。 “ 如果它们确实来自[从]内部深处带出的热物质，它们为我们提供了一个了解内部化学的窗口，我们无法通过其他方式获得，也可以了解地球的化学演化，”Lithgow-Bertelloni 说。

她说，大洋中脊的温度应该代表地幔内的典型温度。为了上升流，羽流必须比周围的岩石高 100 到 150 摄氏度（212 到 302 华氏度）。 “它们必须更热才能通过整个地幔上升，因此比大洋中脊更热，”Lithgow-Bertelloni 说。

研究人员估计，热点玄武岩的融化温度大约比大洋中脊的温度高 100 到 300 摄氏度（212 到 572 华氏度）。然而，Lithgow-Bertelloni 说，对给定热点的估计通常是不一致的，只反映地幔上部的温度，远高于羽流起源的深度。

她说，确定大洋中脊和火山热点下方 600 公里（373 英里）处温度的关键是地震。每当发生地震时，它都会以地震波的形式释放大量能量。这些波传播并到达地震仪的速度取决于周围岩石的成分、深度和温度。

研究人员使用了一个模型，该模型利用来自全球的地震测量数据来推断所有 46 个已知海洋热点的温度。该团队还计算出，大洋中脊的平均温度约为 1,388 摄氏度（2,530 华氏度）。

“我们发现非常有趣和令人震惊的是，大多数热点实际上并不那么热，”Lithgow-Bertelloni 说。

她和她的同事确定了三个不同的热点集群。当他们将注意力集中在 26 个具有充分记录的羽流的热点时，研究人员确定其中 12 个是真正的高温，温度比大洋中脊的温度高出 155 摄氏度或更高。然而，10 个热点只是温暖，温度比大洋中脊高 50 到 136 摄氏度（122 到 277 华氏度）。另外四个完全寒冷，温度与大洋中脊相似或更低。

最热门的热点群包括冰岛、萨摩亚、加拉帕戈斯和夏威夷的火山。在百慕大和加那利群岛发现了温暖的热点，而在喀麦隆、阿森松岛和北大西洋的大流星或新英格兰热点发现了寒冷的热点。

“我们仍然有热点，这些热点反映了来自古老领域的深层物质，但它们并不多，”Lithgow-Bertelloni 说。 “其余的都不一样，这意味着我们处于新的领域。”

一种解释是寒冷和温暖的热点可能起源于地幔内相对较浅的深度。 Lithgow-Bertelloni 说：“我们还提出，也许这些 [深] 羽流开始很热，然后它们被困在寒冷的物质中。” “这并没有完全阻止他们；它们仍然能够上升，但它们会冷却下来并且上升得更慢。”

研究人员开发的温度估计的不确定性之一是地震和记录其活动的地震仪在世界各地分布不均。 “所以我们对地球内部的报道并不完整，”Lithgow-Bertelloni 承认。

尽管如此，她说，研究结果表明，表面上看起来相似的火山岛可能有非常不同的起源。下一步，研究人员将探索太平洋、大西洋和印度洋之间的火山遗址有何不同。

“这些山脊正在记录地球的古代构造历史……”Lithgow-Bertelloni 说。这段历史“可以通过海脊的温度，以及海脊与海盆热点之间的温差来揭示。”