"超级火山"喷发会灭绝人类吗?我们生命力顽强着呢

译者|小小

纵观地球历史,曾有多次大规模火山喷发事件导致物种灭绝事件。那么将来的超级火山喷发是否同样会导致人类文明被终结?

超级火山喷发会灭绝人类吗?我们生命力顽强着呢

在意大利南部的那不勒斯湾,欧洲最臭名昭著的“巨人”——坎皮佛莱格瑞(Campi Flegrei)火山正从长时间的休眠中觉醒。这座超级火山有个贴切的译名,意为“燃烧的田野”,它是世界上最危险的超级火山之一。坎皮佛莱格瑞(Campi Flegrei)火山形成于数十万年前,由庞大而复杂的地下洞室群构成,从那不勒斯郊区一直延伸到地中海下方。大约有50万人居住在坎皮佛莱格瑞火山口附近,它曾在20万年前、3.9万年前、3.5万年前以及1.2万年前大规模喷发过。

在过去500年中,坎皮佛莱格瑞火山都是相当安静的。自从1538年以来,它始终没有喷发过。即使存在火山活动,也是比较小的事件,比如促使Monte Nuovo形成。但最近的迹象表明,这段平静期可能即将结束。由于火山口出现加速变形和加热现象,意大利政府2016年12月份曾提高了该火山的威胁水平。

人们现在越来越担心坎皮佛莱格瑞火山深处的岩浆可能达到“临界排气压力”,这会促使火山气体突然大规模释放出来,将热量注入到周围的水热流体与岩石中。当这种现象发生时,它会在火山内部造成灾难性的岩石破坏,从而导致火山喷发。2017年5月公布的一项研究表明,有证据显示这座超级火山喷发已经酝酿了数十年。但最困难的问题不在于超级火山是否会喷发,而是在什么时候喷发。

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图2:那不勒斯湾的形成得益于坎皮佛莱格瑞火山的数次大规模喷发

超级火山监控团队成员、博洛尼亚国家地质与地球物理研究所的安东尼奥·科斯塔(Antonio Costa)表示:“坎皮佛莱格瑞火山正处于临界状态,从概率方面来讲,我们认为它可能会出现‘斯德隆布利式暴力喷发’。对于超级火山来说,这是相对规模较小的喷发。然而,要确定其在未来几年是否会突然喷发并不容易,毕竟在人类历史上上我们从未亲眼观察到过坎皮佛莱格瑞火山喷发,所以我们也不知道该期待什么。”

“斯德隆布利式暴力喷发”会将熔岩和火山气体喷射到数千米高的大气层中。这肯定是个重大事件,可能需要疏散数十万人。但与坎皮佛莱格瑞火山过去的喷发规模相比,它就显得相形见绌多了。这座火山最著名的超级喷发是坎帕尼亚熔结凝灰岩喷发,大约发生在3.9万年前。它将大约300立方千米的熔岩喷射到70多公里的平流层中,并产生约45万吨二氧化硫。火山灰云扩散到俄罗斯中部,那里已经距离其2000公里以外。

坎皮佛莱格瑞火山喷发时,欧洲大部分地区都经历了漫长的冰河期,其破坏后果可能在欧洲大陆延续了数百年。在受到火山喷发影响的大片土地上,包括意大利、地中海沿海以及整个欧洲东部地区,都被覆盖了20厘米厚的火山灰。这些火山灰可以破坏植被,形成巨大的沙漠。俄罗斯许多地区也被5厘米厚的火山灰覆盖,这足以在此后数十年中损害植物生命。

科斯塔说:“我们从化学分析中得知,火山灰中含有氟,它对植被有很强的影响。它还会在动物身上引发名为氟中毒的疾病,同样会对人类产生影响。”此外,火山喷发释放出来的大量二氧化硫也会造成“火山冬天”。二氧化硫可将太阳光反射回大气层,防止它到达地面。

1991年菲律宾布纳图本火山喷发(20世纪规模最大的火山喷发事件之一)也产生类似影响,导致全球温度临时降低约0.6摄氏度。但坎帕尼亚熔结凝灰岩喷发可能产生更大的影响,有些科学家估计,它可能导致欧洲气温最多下降4摄氏度,这将极大地改变多年气候。

当然,坎皮佛莱格瑞火山大规模喷发的时间依然存在争议,因为许多考古学家认为,3.9万年前人类近亲——尼安德特人大约就是那个时候在欧洲灭绝的。人们始终在推测,火山爆发可能导致欧洲环境发生极端变化,进而导致尼安德特人灭绝,至少在某些地区如此。虽然火山喷发对尼安德特人产生了显著影响,但许多科学家现在认为,这类单一灾难性事件不太可能导致整个物种都灭绝。

考古证据表明,坎帕尼亚熔结凝灰岩喷发后,尼安德特人在西欧部分地区还坚持生存了约10000年。科斯塔说:“这可能也凸显出火山灰的散布方式。火山喷发后,尼安德特人遗址仅在法国和西班牙被发现。这可能是因为这两个地区并没有受到火山喷发的影响,因为风是吹向东方的。”

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图3:东欧大部分地区都被厚厚的火山灰覆盖

甚至有这样的假设,火山喷发可能让尼安德特人受益,因为其延缓了现代人类到达欧洲的时间,以免后者与他们争夺资源。科斯塔说:“要想到达西欧,现代人类将不得不穿越中东以及由火山喷发形成的巨大沙漠。这片土地要想恢复生机,可能需要数百年时间。”

现在,还不清楚坎皮佛莱格瑞火山最后一次大规模喷发造成的影响。但它绝非地球上的唯一超级火山。地球地质史中有许多类似“天启”的火山事件。在美国科罗拉多州西南部,有个宽有100千米、深达1000米的巨大峡谷。它是地球历史上最具爆炸性的单一火山喷发事件造成的结果。拉加里-卡尔迪拉火山大约形成于2800万年前,喷出的熔岩多达5000立方千米。

幸运的是,这个地区的板块已经重新排列,所以这类“天启”事件重演的可能性不大。但在7.5万年的印尼曾发生类似规模的超级火山喷发,并至今依然保持着活跃。这座火山坐落在北苏门答腊的山脉之中,多巴湖(Lake Toba)的宁静和自然美使它成为极受欢迎的旅游地点。但实际上,这个湖是一个巨大的火山口,也是人类历史上最极端气候事件的遗迹。

剑桥大学专门研究世界上最大火山的克利夫·奥本海默(Clive Oppenheimer)表示:“多巴(Toba)火山喷发与过去数百万年间的超级火山喷发规模相近。让它显得特别突出的原因在于,它发生在现代人类生存的时间范围内。这个时间点相当关键,因为它发生在人类离开非洲、向亚洲扩散的过程。”但火山喷发究竟对人类产生了怎样的影响,始终是备受争议的话题。

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图4:类似坎皮佛莱格瑞火山喷发,可能帮助灭绝在欧洲的尼安德特人

20世纪90年代,火山专家们在印度洋海床各处,发现了大量多巴火山喷发的火山灰沉积物。这些火山灰中含有可以追溯到7.5万年前的化学特征。后来的研究也在中国南海、阿拉伯海甚至马拉维湖(距离多巴火山7000公里)发现了类似的火山灰沉积物。

这种规模的火山喷发意味着,多巴火山气体喷入地球南北半球的大气层中,导致它们扩散到世界各地。当时火山喷发的气体类别以及数量多少,对于了解超级火山对气候的影响以及接下来会发生什么都非常关键。当然,由于时间久远,了解这些信息都不容易。

多年来致力于研究多巴火山的剑桥大学考古学家萨夏·琼斯(Sacha Jones)说:“在格陵兰岛挖掘的冰核中,里面有过去12.5万年间全球气温变化的化学记录。每年都会有不同层次的冰覆盖其上,人们已经测量了这些冰层中有多少硫酸盐。硫酸盐含量激增,似乎与多巴火山喷发的时间表相吻合。”

如果多巴火山爆发的确将大量二氧化硫送到世界各地,科学家预测它可能引发“火山冬天”,导致天空昏暗,持续时间大约为6000年。根据这些推测,遗传学家们在20世纪90年代早期研究了人类线粒体DNA的模式,发现了5万年前到10万年前之间所谓的人口瓶颈。很多人迅速将其与多巴火山喷发建立了联系,但也并非所有人都如此信服。

奥本海默说:“在过去10年左右,人们更多怀疑多巴火山喷发导致智人灭绝。岩浆可以溶解和保存二氧化碳、水以及硫磺之类的东西,当然数量多少取决于喷发的火山种类。对多巴火山灰的化学分析表明,其岩浆中无法保存太多硫磺。”

考古记录中也有可疑之处。印度尼西亚、马来西亚和印度被认为至少覆盖了5厘米厚的火山灰,这无疑会影响的植被,甚至引发大规模洪水。然而,对火山灰沉积物的考古研究表明,人类对环境变化具有很强的适应力。琼斯说:“围绕这个时期人类活动的主要标志是石器,如石斧、燧石等。当我们挖掘多巴火山灰沉积物上部、中部以及下部时,我们真的没有看到火山喷发前后这些石器时代技术发生太大的变化,这表明它并没有真正造成任何大规模灭绝影响。”

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图5:超级火山喷发可能对空中旅行造成严重影响

关键因素可能是,多巴火山喷发出的大部分火山灰都掉落在海洋中,对像人类这样的陆栖物种的影响非常小。然而,琼斯认为,对某些地方来说,火山喷发的影响仍然非常严重。她说:“多巴火山是令人难以置信的大爆发,所以会对特定地区造成大规模影响。由于临近的整个太平洋地区地形差异较大,存在许多不同的微气候,包括雨林、沙漠、山脉等,某些地区的人类可能遭受更多的痛苦。”

那么多巴火山的未来会如何?研究火山的地质学家和地球物理学家们依然担心其岩浆室,如果苏门答腊断层线重新活跃起来,这座超级火山有可能再次被唤醒。届时,唯一的解决办法就是大规模疏散。但我们甚至不知道会收到什么程度的警告。

位于美国黄石公园之下的超级火山目前是地球上受到监测最密集的超级火山。各种仪器,包括探测地震链的地震仪、纪录地面隆起和变化的GPS传感器,甚至用于监测岩浆室压力变化情况的卫星图像等,都在被用于寻找超级火山可能喷发的蛛丝马迹。

在过去的210万年中,黄石超级火山已经有过3次大规模喷发。第一次也是规模最大的,产生相当于1980年圣海伦斯火山喷发的2500倍体积的火山灰。如果黄石火山再次爆发,有些科学家认为它会比多巴火山更具破坏性,因为大部分火山灰会落在陆地上,而不是海洋中。

牛津大学的大卫·派尔(David Pyle)说:“黄石火山的下次喷发可能把火山灰撒在美洲大陆上。如果你生活在这块大陆上,并突然被10厘米厚的火山灰覆盖,所有的有机物和树木都将失去他叶子,并有可能死亡。动物会吸收对它们有毒的化学物质。地面会突然变得比以前更加明亮,所以很多入射的太阳光可能会被反射回大气中,造成长期干旱。由于供水阻塞,输电线路故障,地面运输完全中断,将立即引发各种危机。”

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图6:如果黄石公园的超级火山爆发,它会毁掉美国西海岸

奥本海默说:“如果黄石火山、坎皮佛莱格瑞火山或多巴火山喷发,会对全球产生巨大的经济影响,因为世界经济联系日趋紧密。我们已经看到,相对较小的冰岛火山Eyjafjallaj?kull在2010年喷发时,对大众汽车公司的供应链产生影响,因为其大部分零部件产自日本。全球航空业也可能受到影响数十年。如果大量的二氧化硫被释放,这可能导致季风和气候变化,进而可能会影响全球粮食安全。”

这些预测还不确定,但是科学家们怀疑,这种规模的单次火山喷发事件是否真的会导致人类灭绝。相反,火山学家说,另一种类型的火山活动可能对我们的生存造成更大威胁。在过去的5亿年里,化石记录中显示的五次大规模物种灭绝事件都与巨大的熔岩爆发相吻合。这些喷发并非单一事件引起的的,而是持续性地喷发数十万年。

这类喷发被称为“洪水熔岩”事件,通常是地球深处热物质上升所致。最猛烈的“洪水熔岩”喷发被认为与大陆漂移有关。在过去的2.5亿年中,这种事件只发生过11次,每次都会形成巨大的山脉、高原或火山地层。6600万年前就曾发生过类似的“洪水熔岩”事件,并形成了印度中西部被称为德干高原的广袤火山岩。

这些喷发可能导致了当时的物种大规模灭绝,因为其释放出的混合气体导致海洋逐渐酸化,最终促使气候改变。问题在于,没有人知道下次“洪水熔岩”事件将在何时发生。派尔说:“我们预计在未来5000万年里还会发生另一场洪水熔岩事件,但我认为没有人能够精确预测出其将在何时何地发生。”

我们是否能预测下次超级火山喷发或下次“熔岩洪水”事件,都存在相同的挑战。前者在人类历史记录中还未被观察到,而上次“洪水熔岩”事件发生在1000万年前的加拿大南部,同样发生在人类在地球上行走数百万年前。

因此,虽然世界上的火山热点都受到了良好的监控,但我们不知道该期待什么,也不知道我们会收到什么程度的警告。与火山喷发-休眠动辄数百万年的周期相比,人类对它们的观察与监测显得如此短暂。我们不知道自己正处于这些周期的什么位置。在我们有生之年,甚至在下个10万年里,可能任何事情都不会发生。关于这些喷发只有一件事可以确定,那就是它们最终肯定会喷发。(小小)