科学媒介中心|海里都是水，为什么海底会有火山喷发?

北京联盟_本文原题：海里都是水，为什么海底会有火山喷发?

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斯特隆博利岛（图源：popsci.com）

程江华编译

海底火山（Submarine Volcano）是指在浅海或大洋底部形成的火山。海底火山隐没于水下，随着火山不断的喷发，熔岩逐渐向上堆积，火山也缓慢地向上生长，水下就会形成山丘、石柱。
历经数千年甚至数万年后，当隐藏在水下的火山露出海面时，就形成了火山岛，例如意大利的斯特隆博利岛（Stromboli）或加那利群岛的一些岛屿。
最大的盾状火山
地质学家一直认为，夏威夷群岛上最具文化意义且活跃的冒纳罗亚火山（Mauna Loa），是世界上最大的盾状火山。然而，夏威夷大学马诺阿分校海洋与地球科学技术学院的迈克尔·加西亚（Michael Garcia）团队通过建模和综合测量，得出了新的结论：Pūhāhonu是地球上最大、最热的盾状火山。
Pūhāhonu位于夏威夷檀香山西北952公里处，能看到的只有浮出海面的加德纳峰（Gardner Pinnacles）。这座看起来贫瘠的山峰，最高点海拔约为52米，海面以下便是火山喷发的熔岩经过长期堆积形成的山峰。

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露出海面的加德纳峰（图源：NOAA）
2020年5月8日，迈克尔团队在《地球与行星科学通讯》发表文章称， Pūhāhonu火山的镁橄榄石（Fo）含量是夏威夷熔岩中含量最高的，约为91.8％。要知道，镁橄榄石含量越高，熔岩的熔点就越高。
在这项研究中，研究人员利用声纳和重力探测器测量了Pūhāhonu火山的整个地形。研究发现， Pūhāhonu火山的体积约为150000立方千米，是冒纳罗亚火山体积的两倍多。露出海面的加德纳峰只占整个Pūhāhonu火山的30% ，而且自1400万年前火山形成以来， Pūhāhonu已经使其下方的地壳下沉了数百英里。
夏威夷大学在1972年和1976年分别对这座火山进行了挖掘，美国矿产管理局在1984年又进行了两次挖掘。研究人员对岩石的主要成分和微量元素进行分析，发现Pūhāhonu的熔岩是碱性玄武岩和拉斑玄武岩（即亚碱性玄武岩）。

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Pūhāhonu和西Pūhāhonu的等深线图，四个玫红色标记是1972年、1976年和1984年在Pūhāhonu进行

此外，研究人员还检测了从火山不同部位收集的橄榄石样本（岩浆冷却并结晶时形成的一种矿物），并根据橄榄石的成分推断出火山岩浆结晶前的温度。 Pūhāhonu岩浆初次流动时的温度约为1700℃ ，是地球上有记录以来最热的岩浆。
海底火山的喷发机制
大多数火山喷发都发生在海洋底部，直接观测和采样的数量有限。但近年来的研究表明，海底火山活动不仅会沉积熔岩，而且会喷射出大量的火山灰。
德国巴伐利亚州朱利安·马克西米利安大学（JMU）物理火山实验室主任Bernd Zimanowski教授说：“海底火山喷发被认为是不可能发生的，因为水层会产生巨大的压力，从而阻止有效地排气。但我们认为，即使是在几千米深的水层之下，也一定存在某种导致岩浆‘爆炸’解体的机制。 ”
2020年6月29日，由James White（新西兰）、Pierfrancesco Dellino（意大利）和Bernd Zimanowski（JMU）率领的国际研究小组首次解释了这种机制，研究结果发表在《自然地球科学》杂志。