亚利桑那州立大学 大约在公元1085年，沿着亚利桑那州北部升高的科罗拉多高原的南缘，一座火山爆发，永远改变了古代普韦布洛印第安人的命运和附近的一切生活
今天，亚利桑那州立大学地球和空间探索学院的科学家阿曼达·克拉克和她的团队一直致力于解决日落克拉特火山爆发的神秘根源，以及更好地理解类似火山可能对当今世界造成的威胁所吸取的任何教训
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地质调查 大约在公元1085年，沿着亚利桑那州北部升高的科罗拉多高原的南缘，一座火山爆发，永远改变了古代普韦布洛印第安人的命运和附近的一切生活
在分布在旧金山火山区的大约600座火山中，这次爆发了
这是第一次(也是最后一次)喷发，后来被称为日落环形山，因其多色调、1000英尺高的煤渣锥而得名
今天，亚利桑那州立大学地球和空间探索学院的科学家阿曼达·克拉克和她的团队一直致力于解决日落克拉特火山爆发的神秘根源，以及更好地理解类似火山可能对当今世界造成的威胁所吸取的任何教训
克拉克说:“这在火山学中是很常见的事情，通过重建过去的喷发来试图了解火山或地区在未来会发生什么。”
“我们进行了实地调查，我们结合了之前研究的数据，并使用了一些现代技术来整理这个故事
" 与几名合作者一起，他们煞费苦心地绘制了日落环形山的每个裂缝、喷发沉积物和古代熔岩流，以重建所有喷发物质的完整飞溅模式和地球化学成分
爆炸性的过去 克拉克说:“当你参观这个地方时，这些熔岩流是显而易见的，但是这个巨大的火山毯远远超出了火山大厦本身，远远超出了火山口。”
“许多年前，当我和前亚利桑那州立大学教授斯蒂芬·赛尔夫在一次实地考察中得知日落环形山有着爆炸性的过去时，我的兴趣第一次被激起
" 在之前的一项研究中，克拉克的团队首先表明火山活动分七到八个不同的阶段发展:最初的裂隙阶段，接着是高爆炸阶段，最后是低爆炸、减弱阶段
克拉克说:“目前还不清楚这是如何发生的，但最终，火山爆发落在了这条通向地表的单一管道上，这也是我们大量工作的切入点。”
在爆发阶段的几个点上，天空充满了高达20到30公里的玄武岩和火山灰，这使得它成为世界上有记录以来同类火山爆发中最具爆炸性的一次
克拉克说:“温斯洛(100公里外)的人们应该能看到它。”
为了让人们了解火山爆发的规模，他们测量了火山爆发物质的总体积，即0
52立方千米的致密岩石当量(DRE)——相比之下，它与臭名昭著的1980年圣芒特火山的体积相似
海伦斯火山爆发
" 它和Mt非常相似
圣
海伦斯在高度和体积方面，”克拉克说
“你认为这些煤渣球会像意大利的斯特龙博利一样——几百米外的喷火喷泉，人们可以从他们的露台上看到它——但这个高峰阶段是圣
海伦斯量表
" 切尔西·艾利森在亚利桑那州立大学地球深处实验室拿着一个高温玄武岩样本
学分:亚利桑那州立大学切尔西·艾利森 神秘的岩浆 但至于它为什么爆发，直到现在仍是个谜
克拉克说:“科学问题是这些流动性更强的岩浆如何表现得像粘性岩浆。”
这项发表在《自然通讯》杂志上的研究是SESE博士
D
校友切尔西·艾利森(现就职于康奈尔大学)和研究科学家库尔特·罗根萨克
“切尔西是一名研究生，他做了一些创新的分析，库尔特在岩石学和更小规模的分析方面有这方面的专长，而我更像是一名物理火山学家；这就是我们走到一起的地方，”克拉克说
测量导致1000年后日落环形山喷发的因素是一项极其困难的任务，因为构成岩浆的气体通常在喷发期间逃逸到天空，永远失去了时间
但为了更好地重建过去，该小组利用了对最微小的斑点和气泡进行的大量微观分析，这些斑点和气泡是日落环形山喷发前岩浆成分的最佳代表，被称为熔融包裹体
罗根萨克是公认的创新熔体包裹体分析的世界专家，尤其是在玄武岩岩浆中
多小？熔融包裹体的直径不到千分之一英寸
它们及时嵌入火山爆发前形成的岩浆管道系统中不断生长的晶体中
“他们在爆炸中从岩浆中被释放出来，”克拉克说
它们就像是一种气泡、汽水混合物，由被困的气体组成，在结晶时从周围的岩浆中冻结，但能够揭示气体成分和很久以前喷发的秘密历史
想想玄武岩日落环形山，它有更多的枫糖浆稠度，而不是花生酱般的Mt流纹岩岩浆
圣
海伦斯
克拉克说:“那些是粘性岩浆，里面可能有很多水。”
导致日落环形山爆发的条件和成分是什么？ 克拉克说:“这就引出了一个大问题，即岩浆的挥发性成分是什么，因为这将控制爆炸性。”
“要回答这些问题，你必须深入挖掘管道系统，这就是我们所做的
" 克拉克的小组是第一批展示二氧化碳在火山爆发中的重要性的小组之一，部分原因是它一开始就不容易测量
克拉克说:“我们认为这次喷发可能向大气中排放了大量的二氧化碳和二氧化硫。”
“水通常是主要成分[如在Mt中
圣
海伦斯]但我们在日落时发现二氧化碳非常丰富，在系统的更深处，这对于让岩浆向地表移动更为关键
我们认为这在其中扮演了重要角色
二氧化碳可能来自源区地幔深处
" 为了重建过去，亚利桑那州立大学的科学家们利用了从最小的斑点和气泡中进行的大量微观分析，这些斑点和气泡是日落陨石坑喷发前岩浆成分的最佳代表，被称为熔融包裹体
多小？熔融包裹体的直径不到千分之一英寸
它们及时嵌入火山爆发前形成的岩浆管道系统中不断生长的晶体中
学分:亚利桑那州立大学阿曼达·克拉克分校 熔融包裹体(MIs)被特别选择来提供在日落火山口喷发(e
g
变化的气泡体积、尺寸和形状)
该行业使用的一些工具是显微镜，用于记录每一个微小熔融物的结晶和气泡形成的细节，以及测量淬火玻璃中挥发物含量的灵敏仪器
“这能告诉我们岩浆熄灭前最后时刻的一些细节
" 微小的气泡 切尔西·艾利森利用位于勒罗伊·艾林固体科学中心(CSSS)的亚利桑那州立大学定制的拉曼光谱仪，建立了熔融包裹体分析，首先用蓝宝石激光器激发样品
高质量的熔融包裹体被抛光并用岩相显微镜成像，为拉曼分析做准备
就像一个俄罗斯娃娃，依偎在小水晶里面的是这个小熔体夹杂物(现在是玻璃)，然后熔体夹杂物里面是一个气泡，气泡里面是二氧化碳
克拉克说:“拉曼光谱可以用来测量二氧化碳的密度，然后根据气泡的体积和密度，你可以用它来计算质量。”
“艾莉森不得不做各种各样的事情，包括创建标准，以确保她测量的东西是准确的
她用小玻璃管中已知数量的二氧化碳来制作校准曲线
" 克拉克说:“人们过去常常忽略气泡，认为里面没有什么重要的东西，但事实证明几乎全是二氧化碳。”
“我们已经将气泡中的二氧化碳加入到岩浆的二氧化碳总量中
" “这一切都联系在一起，因为一旦你有了喷发的体积，和岩浆的总挥发性成分，你就可以开始了解有多少喷入大气层，和其他喷发相比，这看起来像什么
" 它来自深渊 二氧化碳气相在推动爆发中起了关键作用，气体储存在深达地表下15公里的日落火山口的岩浆中
“我们认为岩浆已经在15公里深的地方沸腾了，而这不是人们通常对这些火山的岩浆系统的看法
之前已经证明了你有一个泡沫阶段
如果你有一个已经充满泡沫并且如此之深的系统，这意味着你可能会有一个真正快速的上升
" 虽然玄武岩火山活动对全球大气系统的影响在很大程度上是未知的，但火山爆发产生的高二氧化碳和高硫也可能在火山爆发时对大气产生巨大影响
他们还将日落环形山的岩浆挥发物与形成火山爆发的硅质喷发物(如毕肖普凝灰岩)进行了比较，以突出它们在丰度和成分上的差异
这种比较表明，富含二氧化碳的阶段是一个关键的喷发前条件，它驱动着高度爆炸性的玄武岩喷发
爆发的硅酸喷发，尽管就喷发量而言仍然要大得多，但更好地类比了日落火山口喷发的动力学
两次这样的历史性喷发，1991年皮纳图博(菲律宾)的喷发和1815年坦博拉(印度尼西亚)粗安岩的喷发，造成了深远的大气影响
皮纳图博火山爆发后的三年里对全球气候产生了重大影响，喷发的岩浆质量是日落火山口的10倍(5公里3 DRE)
5公里3 DRE)，但释放的二氧化硫的质量只有约3倍
坦博拉火山爆发是“没有夏天的一年”的罪魁祸首，虽然它喷发的岩浆质量是日落环形山的60倍(30公里3 DRE)，但它释放的二氧化硫质量只有它的9倍
从日落环形山及其玄武岩火山活动中吸取的教训今天仍然可以告诉我们
"现在我们可以问，导致日落环形山喷发的条件真的有那么不寻常吗？"克拉克说
“对于我们来说，看到一个我们认为应该是温和的、可观察到的火山爆发的玄武渣锥变成对头顶上飞行的飞机或周围的人更危险的东西，这有多常见？我们可以开始将这些概念应用于主动系统
" “请记住，尽管日落火山口不会再次喷发，旧金山场仍然活跃
那里可能会再次爆发
它可能在任何地方，也可能在东部，但我们不知道在哪里和什么时候
它可能有几千年的规模
"
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