地球深处的温度变化导致火山爆发

汤加火山下忽冷忽热。

汤加火山喷发的惊人力量震惊了世界，但对于使用卫星数据研究地球表面深处温度变化的地球科学家来说，这座水下火山实际上喷发的事实并不令人惊讶。

据报道，1 月份 Hunga Tonga-Hunga Ha'apai 火山的灾难性爆炸是 30 年来地球上任何地方记录的最大喷发。它送出一缕火山灰冲向天空，让岛国汤加被火山灰淹没，远在阿拉斯加的地方都能听到音爆，海啸席卷太平洋。

虽然汤加的喷发威力很大但时间很短，但去年西班牙加那利岛拉帕尔马岛的 Cumbre Vieja 火山喷发的爆发力较小，但持续了近三个月。

尽管不同，但最近的两次火山喷发都提醒我们所有人大自然的破坏性。更好地了解发生在我们脚下深处的自然过程可能会更接近预测火山爆发的可能性。

这是ESA 的社会科学 3D 地球项目的目标之一，国际地球科学家小组联手开发最先进的岩石圈全球模型，这是描述地球脆性地壳的术语，顶部上地幔和亚岩石圈上地幔向下至 400 km 深度。该模型将不同的卫星数据（例如来自 ESA GOCE 的重力数据）与现场观测（主要是地震层析成像）相结合。

拉帕尔马火山下方的热量上升。

在显示地球上地幔温度或热结构差异的模型中，研究人员可以看到这些火山会在某个时候爆发。然而，准确预测何时会发生这种情况更加困难。

来自马德里康普顿斯大学的 Javier Fullea 说：“我们的WINTERC-G 模型使用原位断层扫描和 GOCE 卫星重力数据，显示了亚速尔群岛羽流的一个分支。从地表到上地幔底部 400 公里深处都可以看到它。羽流向东南流向马德拉岛和加那利群岛，环绕着北大西洋非洲边缘下方的冷地幔。

“在全球范围内，我们看到洪加汤加火山位于一个弧后盆地，由汤加板块俯冲形成。弧后火山与冷板坯在滑入地幔时被地幔熔化有关。”

来自英国剑桥大学的 Sergei Lebedev 补充说：“从这些模型和地震层析成像中，我们看到结构从加那利群岛下方的很深处升起。这些异常现象反映了上升到地球表面的热物质，被称为热点或羽流，是地表火山的恒定来源。

“Hunga Tonga-Hunga Ha'apai 火山的起源不同。它是汤加-克马德克弧的一部分，太平洋板块的边缘潜入澳大利亚板块之下。在这里，我们的成像显示了太平洋板块上方的水合部分熔融岩石层，它为弧形火山提供了食物。”

但是这些热异常是从哪里来的呢？

答案在更深的地方，大约 2800 公里的深度，并且与核-地幔边界处的结构有关：大低地震速省 (LLSVPs)。这些突出的大陆大小的结构似乎对地表的行为有很大的影响。

来自挪威地球演化动力学中心的克林特康拉德说：“地幔中的流动（对流细胞驱动板块构造）与主要的羽流位置之间存在联系。沿核幔边界的流动将羽流物质推向 LLSVP，形成羽流。在模型中，这种流动是由两个 LLSVP 周围的下流板驱动的。例如，加那利群岛位于非洲 LLSVP 边缘之上。”

ESA 的重力场和稳态海洋环流探测器 (GOCE) 任务于 2009 年 3 月 17 日发射，是第一个在轨的地球探测器任务。这项新颖的任务提供了大量数据，使人们对地球上最基本的自然力之一——重力场有了全新的理解。这颗时尚的高科技重力卫星在其设计和在太空中使用新技术以前所未有的细节绘制地球重力场图方面体现了许多第一。学分：欧空局-AOES-Medialab

然而，LLSVPs 的确切起源和形成仍然难以捉摸。在最近的 4D 地球科学会议上，使用卫星数据和地震模型讨论了替代概念和想法，这有望在不久的将来导致对地球内部的更详细研究。

组织者之一、代尔夫特理工大学的 Bart Root 总结道：“显然需要一种多学科的方法，将不同类型的卫星数据与地震数据以一种共同的方式结合起来，以解决地球深层内部的确切结构。”

ESA 的 Diego Fernandez 指出：“我很高兴看到 ESA 的 FutureEO 社会科学项目正在取得成果，这将进一步提高我们对我们刚刚在拉帕尔马和汤加看到的事件的深层根源的理解。

“值得注意的是，来自 GOCE 卫星的数据一直是这项研究的关键。GOCE 以极其详细和精确的方式绘制了地球重力场的变化，于 2013 年完成了其在轨任务——科学家们仍然依赖这些数据。这是我们的卫星任务带来的好处远远超出其在轨寿命的另一个例子。”