超级火山：地球环境与人类文明的“火药桶”

火山是地球表面的一种地貌景观，是由地球内部的岩浆等高温物质穿过地壳裂隙，喷发至地面而形成的锥形山体。火山活动不仅形成了壮观的自然景象，也对地球环境造成了巨大影响。例如，1815年印度尼西亚的坦博拉火山爆发是人类有记载以来最大的一次火山爆发，爆发瞬间释放出来的能量相当于6.2万颗“小男孩”原子弹的威力，造成5万人不幸丧生，并导致地球平均气温下降了0.53℃，使1816年成为一个“无夏之年”；2022年初南太平洋汤加海域的火山爆发使汤加部分地区瞬间陷入黑暗，引起南太平洋地区巨大的海啸和降温。然而，类似坦博拉和汤加火山喷发在地质历史上只能算非常小规模的喷发，如相对于超级喷发形成的超过450km³的喷出物，坦博拉火山爆发的喷出物仅有150km³。因此，超大规模火山喷发不仅影响着地球环境的演变，更是关乎人类的生存和发展，是名副其实的“火药桶”。

2022年南太平洋汤加海域火山爆发（图片来自网络） 

2000年，英国广播公司（BBC）的纪录片里首次使用“超级火山”一词，但当时对超级火山并没有明确的界定，仅认为超级火山是能够引发极大规模爆发的火山，这种规模的火山活动可以瞬间改变地形，改变全球天气并带来全球性的生命灾难。目前学术界将超级火山的标准定为：喷出的碎屑物质总量达到1000km³以上；喷发之后形成一个巨大的破火山口，其直径可以超过100km。(Miller and Wark，2008)。超级火山通常会发生一次或多次超级喷发，然而在漫长的地质历史时期，地壳的抬升和剥蚀会使古老的火山喷发记录遭到严重破坏。目前已知的超级火山喷发事件共有49次，主要分布于板块俯冲带和大陆内部热点环境。

超级火山喷发的喷出物质组成及其作用示意图（引自刘平平等，2022） 

超级火山喷发后，岩浆房塌陷形成破火山口，会对周边环境造成毁灭性破坏。若靠近海岸线，则会引发海啸，例如2022年初汤加海底火山喷发导致南太平洋地区的海啸。火山喷发形成的火山熔岩流和碎屑熔岩流，由于其覆盖面积大、具有较高温度（400～800℃）并饱含大量酸性气体，会对地表及波及范围内的基础设施产生。例如，1902年加勒比海马提尼克岛培雷火山喷发产生的碎屑熔岩流摧毁了地表的一切，并造成了近3万人的死亡。

超级火山喷发向平流层注入含SO₂、Cl、Br的气体不仅会造成臭氧减少，同时也会形成细小的硫酸气溶胶小颗粒（粒度约0.1～1微米），这些颗粒将会反射和吸收太阳辐射，导致地表和大气层底部降温，也会引起全球平均降水量减少(Oman et al., 2006;Trenberth and Dai, 2007)。例如，1991年菲律宾皮纳图博火山喷发导致其后5-6年全球降雨量出现异常。

大型火山的喷发在改造地球环境的同时，也对人类历史文明走向产生了巨大的影响。如坦博拉火山喷发造成了1815-1817年间云南地区的“嘉庆大灾荒”，并在江西彭泽县出现“六月下旬北风寒，二十九日夜尤甚，次早九都、浩山见雪，木棉多冻伤”的极端天气，导致当时全国农作物产量降低，经济水平急转直下。与此同时，坦博拉火山喷发造成的全球极端气候使得当时美国农作物产量降低，粮食价格飞涨，大量百姓为了生存向西部迁徙，也意外的促进美国西部的大开发。

超级火山除了巨大的破坏力，也造就了地球上一些美轮美奂的地质景观。例如，超级火山的喷发形成了美国黄石公园数以千计的温泉、喷气孔及间歇泉，并形成了世界上最大的破火山口景观。此外，超级火山的喷发也会形成巨厚的富含钾、磷等元素的火山灰和大量矿产资源，为人类农业生产和工业生产提供了物质基础。

超级火山的喷发具有较为漫长的周期，例如黄石火山的喷发周期大概在60-70万年。但超级火山的爆发是不可避免的，而且以目前的技术手段是难以预测下一次喷发时间。因此，我们只有对地球活动进行更深入研究，制定相应的应对方案，才能尽可能的减少超级火山喷发对人类生存和发展影响。

美国黄石国家公园（图片来自网络）