火山的活躍期與米拉科維奇循環(huán)

大規(guī)模的火山噴發(fā)之后，地球的平均溫度會(huì)降低。但也可能是大規(guī)模的氣候變化減緩或加劇了火山的活動(dòng)。

原則上，任何一次大規(guī)模的火山噴發(fā)都會(huì)影響到我們星球的氣候。最能說(shuō)明問(wèn)題的一個(gè)例子就是1991年6月菲律賓的皮納杜波火山噴發(fā)。當(dāng)時(shí)，100萬(wàn)噸火山硫黃沖入大氣層，導(dǎo)致大氣中彌漫了大量的固態(tài)懸浮微粒（飄浮在空氣中直徑在0.001～10μm之間的微小顆粒）。它們吸收和折射陽(yáng)光，導(dǎo)致地球氣候出現(xiàn)了劇烈的變化。經(jīng)過(guò)好幾年，硫酸鹽微粒才逐漸落到地球表面。那次

火山噴發(fā)使地球平均溫度臨時(shí)性地降低了0.5℃。

另一個(gè)例子是1982年墨西哥埃爾乞卓火山噴發(fā)后，地球平均溫度在一段時(shí)間里下降了0.3℃。

氣候的變化是否會(huì)影響火山活躍性呢？

德國(guó)一個(gè)以什捷費(fèi)·庫(kù)特羅爾費(fèi)為首的科研團(tuán)體——亥姆霍茲基爾海洋研究中心——致力人類生存與環(huán)境的復(fù)雜關(guān)系的科學(xué)研究，試圖證實(shí)這一想法?；谶@一出發(fā)點(diǎn)，一個(gè)不尋常的現(xiàn)象引起了他們的注意。

在長(zhǎng)達(dá)10年時(shí)間里，他們研究了大陸俯沖帶的滲透過(guò)程。在俯沖帶，舊的海洋地殼逐漸下陷到地球的內(nèi)部。從俯沖帶延伸到圍繞太平洋周邊的地方布滿了無(wú)數(shù)的火山，被稱為“太平洋火圈”，是地震、火山高發(fā)地帶。美國(guó)地質(zhì)勘探局統(tǒng)計(jì)，1900年以來(lái)，“太平洋火圈”平均每年發(fā)生19.4起里氏7.0級(jí)以上的地震。2016年以來(lái)，“太平洋火圈”地震和火山活動(dòng)有加劇跡象。“火圈”周圍總是積聚著很厚的火山灰和其他物質(zhì)的沉積層。

地質(zhì)學(xué)家從近46萬(wàn)年間在中美洲太平洋沿岸附近出現(xiàn)的沉積層里發(fā)現(xiàn)了一個(gè)有趣的現(xiàn)象。這里的火山活動(dòng)呈現(xiàn)周期性，它們有時(shí)長(zhǎng)時(shí)間處在休眠狀態(tài)，有時(shí)蘇醒，持續(xù)不斷噴發(fā)。

為了證實(shí)他們的看法，庫(kù)特羅爾費(fèi)和他的同事著手實(shí)施綜合大洋鉆探計(jì)劃（Integrated Ocean Drilling Program），對(duì)從太平洋各地采集來(lái)的海底底泥（巖芯） 樣品進(jìn)行了研究。這些樣品涵蓋了我們地球大約100萬(wàn)年的歷史。其結(jié)論證實(shí)了他們的觀點(diǎn)：火山有長(zhǎng)期平靜與持續(xù)活躍交替的現(xiàn)象，一個(gè)周期約為4萬(wàn)年。

經(jīng)過(guò)詳細(xì)統(tǒng)計(jì)和分析，他們還發(fā)現(xiàn)了更為奇怪的現(xiàn)象：火山的活躍期與米蘭科維奇循環(huán)（Milankovich cycles）不謀而合。

20世紀(jì)二三十年代，南斯拉夫地質(zhì)物理學(xué)家米魯吉·米蘭科維奇經(jīng)過(guò)細(xì)致的計(jì)算，認(rèn)為遠(yuǎn)古時(shí)期地球的溫度隨著它從太陽(yáng)處獲取熱量的多少而變化。

米蘭科維奇的假設(shè)直到二戰(zhàn)之后才引起重視。20世紀(jì)70年代，哥倫比亞大學(xué)的地質(zhì)學(xué)家捷姆斯·赫斯、召·依姆伯尼和李科拉斯·什克爾頓確定了近100萬(wàn)年間冰川和氣候變化的周期，他的假設(shè)才最終得到證實(shí)。他們首次計(jì)算出一組類變化周期，為10萬(wàn)年、4.1萬(wàn)年、2.3萬(wàn)年和1.9萬(wàn)年，被稱為“米蘭科維奇循環(huán)”。米蘭科維奇循環(huán)揭示了地球氣候的變動(dòng)規(guī)律，以10萬(wàn)年為主要周期，伴隨著4萬(wàn)年以及2萬(wàn)年左右的周期，與地球運(yùn)行軌道的三種變化要素有關(guān)。這三個(gè)影響因素（偏心率、地軸傾斜度、歲差）使得地球的冰期與間冰期大都與太陽(yáng)輻射到達(dá)地球的量有關(guān)。

4.1萬(wàn)年的周期，仿佛對(duì)應(yīng)于火山活躍期，對(duì)應(yīng)于地軸與地球公轉(zhuǎn)軌道擺動(dòng)平面的傾斜度22. 3°到24. 5°之間的變化周期。

這看似無(wú)足輕重的變化，明顯地對(duì)地球四季的差異起作用。在近100萬(wàn)年間，當(dāng)大部分旱季都集中在北半球也就是赤道以北時(shí)，表現(xiàn)得尤為明顯。地軸傾斜得越厲害，地球北部地區(qū)的冬季越寒冷。但是，在夏季，那里又特別炎熱。地軸傾斜變小，冬夏季就變得不甚分明，冬季無(wú)大雪，而夏季在北半球也不會(huì)熱，雪來(lái)不及融化，便形成了逐漸往南方移動(dòng)的冰川，于是便開(kāi)始了冰川期。

還是回到我們的火山話題。如果它的活躍周期與氣候變化一致，那么，是否可以說(shuō)氣候的變化會(huì)對(duì)火山活躍產(chǎn)生影響呢？

其實(shí)，火山活動(dòng)影響氣候的案例眾所周知。如果不拿菲律賓1991年比納杜波火山爆發(fā)為例的話，我們也可以以印尼在近千年中最大的三座火山遺址——1883年的喀拉喀托火山（造成地球平均溫度下降），1815年坦博拉火山（歐洲因?yàn)樗某霈F(xiàn)而出現(xiàn)了“無(wú)夏季之年”）和1257年的龍目島火山（2013年科學(xué)家才復(fù)原了當(dāng)時(shí)噴發(fā)的情景，歐洲檔案文獻(xiàn)里記載了當(dāng)時(shí)的嚴(yán)寒和饑荒）舉證，證明火山噴發(fā)如何影響到氣候。

但是，研究人員收集的事例無(wú)情地證實(shí)，氣候同樣影響到火山的活躍，這就意味著氣候也會(huì)影響到地球內(nèi)部熔巖的流動(dòng)過(guò)程。

這種影響的原理又是怎樣呢？

什捷費(fèi)·庫(kù)特羅爾費(fèi)和他的同仁為我們找到了答案。地球平均溫度上升得越明顯，冰川融化的速度就越快，海平面也就上升得越高，海水對(duì)海底的壓力就越大。在海洋地殼較薄的區(qū)域，比如與太平洋板塊接壤的巖石圈板塊，承受的壓力同樣也會(huì)明顯增大。海底出現(xiàn)新的裂縫，并逐漸擴(kuò)大。當(dāng)這些裂縫延伸到地球表面，越來(lái)越多的巖漿匯集在一起并向外釋放，最終導(dǎo)致火山噴發(fā)。

正像前文所說(shuō)的，火山的活躍度隨著地球平均溫度的上升而增加。在寒冷的時(shí)候，冰川體積緩慢增長(zhǎng)，海平面又逐漸降低，海洋地殼承受的壓力也會(huì)逐漸減輕，火山噴發(fā)減少。

今天，海平面持續(xù)上升，但是未必有危險(xiǎn)，不會(huì)因?yàn)槿蛐缘暮Ｆ矫嫔仙霈F(xiàn)一連串的火山爆發(fā)。整個(gè)地球是個(gè)有機(jī)的整體。即使海平面持續(xù)上升幾百年，地球上的火山活躍度也需要經(jīng)過(guò)三四千年才明顯上升。用庫(kù)特羅爾費(fèi)的話說(shuō)，這是“水的高明之處”。

“如果說(shuō)到自然周期，”庫(kù)特羅爾費(fèi)強(qiáng)調(diào)，“現(xiàn)在我們正處在自然變暖的周期，我們不是還活得好好的嗎？火山活躍并不明顯。人類活動(dòng)導(dǎo)致的氣候變暖會(huì)在多大程度上作用于火山，我們目前還無(wú)法預(yù)測(cè)。但值得注意的是，現(xiàn)在總體上說(shuō)，全球冰川體積明顯要比上一次冰川期終結(jié)時(shí)小。即使冰川繼續(xù)減少，海平面也不會(huì)上升120米，而僅僅上升約60米。”目前還很難判斷這種情況會(huì)在多大程度上喚醒火山。

此外，火山活躍度增強(qiáng)是漫長(zhǎng)時(shí)期內(nèi)各種因素靜態(tài)累積的結(jié)果，它的表現(xiàn)并不是火山“地毯式轟炸”，也不是連續(xù)不斷地噴發(fā)。換句話說(shuō)，這種變化僅僅是，假如在之前的1000年里發(fā)生3次特大火山噴發(fā)，那么在之后1000年里可能增加到7次。

我們很想知道，在10萬(wàn)年左右的時(shí)間里，火山活躍與米蘭科維奇循環(huán)之間是否存在關(guān)聯(lián)。

要知道，地球運(yùn)轉(zhuǎn)的軌道形狀是緩慢變化的，這個(gè)變化的周期是10萬(wàn)年。其軌道由橢圓變?yōu)榻茍A形，之后又重新變?yōu)闄E圓。所以，地球有時(shí)離太陽(yáng)近些，有時(shí)離它遠(yuǎn)些（如現(xiàn)在地球的軌道呈近圓形）。隨著太陽(yáng)與地球之間的距離變化，地球從太陽(yáng)獲取的能量也會(huì)發(fā)生些微的變化。那么，在變化的時(shí)候，地球上火山的活躍性會(huì)增強(qiáng)或減弱多少呢？

總之，要是這種假設(shè)——?dú)夂虼_實(shí)在數(shù)百萬(wàn)年間對(duì)火山的活躍性產(chǎn)生影響——可信的話，就可以推出另一個(gè)假設(shè)：氣候同樣對(duì)地震產(chǎn)生影響。

這也許僅僅是一種大膽的猜想。要知道，到目前為止，我們還沒(méi)有過(guò)任何詳細(xì)描繪古代地震情況的圖像。我們只能泛泛地說(shuō)“某個(gè)時(shí)候，地震顯然很頻繁”或“根據(jù)各種情況，地球當(dāng)時(shí)處在平靜狀態(tài)”。我們期待地震學(xué)家能給我們描繪出1000萬(wàn)年前的地震情況。