科学探索|新模型显示地球深处的温度变化或导致火山喷发新模型显示地球深处的温度变

汤加火山爆发的惊人力量震惊了世界，但对于使用卫星数据研究地球表面以下深处温度变化的地球科学家来说，这座水下火山实际爆发的事实却不那么令人惊讶。

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据报道，Hunga Tonga-Hunga Ha‘apai 火山在1月发生的灾难性爆炸是30年来地球上任何地方有记录的最大爆发。它使火山灰飞向天空，使岛国汤加被火山灰所笼罩，远在阿拉斯加的人都听到了音爆声，海啸席卷太平洋。
虽然汤加火山爆发的威力很大，但时间很短，而去年西班牙加那利岛拉帕尔马的 Cumbre Vieja 火山爆发的爆炸性较小，但持续了近三个月。
虽然不同，但最近的这两次喷发都提醒人们，大自然的破坏力有多大。更好地了解发生在我们脚下深处的自然过程，可能会使预测火山爆发的可能性更近一步。
这是欧空局科学为社会服务3D地球项目的目标之一，在该项目中，一个国际地质科学家小组联合开发了一个最先进的岩石圈全球模型，岩石圈是一个描述地球脆性地壳、上层地幔的顶部部分和下至400公里深处的岩石圈下层地幔的术语。该模型结合了不同的卫星数据，如来自欧空局GOCE的重力数据，以及原地观测，主要是地震断层成像。

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在他们显示地球上层地幔的温度差异或热结构的模型中，研究人员可以看到，这些火山将在某个时候爆发。然而，预测这到底什么时候会发生，则比较困难。
马德里康普顿斯大学的Javier Fullea说：“我们的WINTERC-G模型，使用原地断层扫描和GOCE卫星重力数据，显示了亚速尔群岛羽流的一个分支。从地表到400公里深处，在上层地幔的底部都可以看到它。该羽流向东南方向流向马德拉和加那利群岛，围绕着北大西洋非洲边缘下面的冷地幔。”
“在全球范围内，我们看到Hunga Tonga火山位于后弧盆地中，由汤加板块的俯冲形成。后弧火山与冷板块被地幔融化有关，因为板块向下滑入地幔。”
来自英国剑桥大学的Sergei Lebedev补充说：“从这样的模型和地震断层扫描中，我们看到结构从加那利群岛下面很深的地方上升。这些异常反映了上升到地球表面的热物质，被称为热点或羽流，是地表火山的一个持续来源。”
“ Hunga Tonga-Hunga Ha‘apai 火山的起源是不同的。它是Tonga–Kermadec弧的一部分，太平洋构造板块的边缘俯冲到澳大利亚板块之下。在这里，我们的成像显示了在俯冲的太平洋板块上方的水化、部分熔化的岩石层，它为弧形火山提供了能量。”

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但是，这些热异常是从哪里来的？答案就在更深的地方，在大约2800公里的深度，并且与地核-地幔边界的结构有关：大-低剪切波速度区（LLSVPs）。这些突出的大陆大小的结构似乎对地表的行为方式有很大的影响。
挪威地球演化动力学中心的Clint Conrad说：“地幔中的流动（对流单元驱动板块构造）与主要羽流位置之间存在着联系。沿着地心-地幔边界的流动将羽流物质推向LLSVPs，形成羽流。在模型中，这种流动是由围绕两个LLSVPs的下沉板块驱动的。例如，加那利群岛位于非洲LLSVP的边缘之上。”
然而，LLSVPs的确切起源和建立仍然难以捉摸。在最近的4D地球科学会议上，科学家们利用卫星数据和地震学模型讨论了替代的概念和想法，这将有望在不久的将来导致对地球内部的更详细的研究。