火山的活躍期與米拉科維奇循環

大規模的火山噴發之後，地球的平均溫度會降低。但也可能是大規模的氣候變化減緩或加劇了火山的活動。

原則上，任何一次大規模的火山噴發都會影響到我們星球的氣候。最能說明問題的一個例子就是1991年6月菲律賓的皮納杜波火山噴發。當時，100萬噸火山硫黃沖入大氣層，導致大氣中瀰漫了大量的固態懸浮微粒（飄浮在空氣中直徑在0.001～10μm之間的微小顆粒）。它們吸收和折射陽光，導致地球氣候出現了劇烈的變化。經過好幾年，硫酸鹽微粒才逐漸落到地球表面。那次火山噴發使地球平均溫度臨時性地降低了0.5℃。

另一個例子是1982年墨西哥埃爾乞卓火山噴發後，地球平均溫度在一段時間裡下降了0.3℃。

氣候的變化是否會影響火山活躍性呢？

德國一個以什捷費·庫特羅爾費為首的科研團體——亥姆霍茲基爾海洋研究中心——致力人類生存與環境的複雜關係的科學研究，試圖證實這一想法。基於這一出發點，一個不尋常的現象引起了他們的注意。

在長達10年時間裡，他們研究了大陸俯衝帶的滲透過程。在俯衝帶，舊的海洋地殼逐漸下陷到地球的內部。從俯衝帶延伸到圍繞太平洋周邊的地方布滿了無數的火山，被稱為「太平洋火圈」，是地震、火山高發地帶。美國地質勘探局統計，1900年以來，「太平洋火圈」平均每年發生19.4起里氏7.0級以上的地震。2016年以來，「太平洋火圈」地震和火山活動有加劇跡象。「火圈」周圍總是積聚著很厚的火山灰和其他物質的沉積層。

地質學家從近46萬年間在中美洲太平洋沿岸附近出現的沉積層里發現了一個有趣的現象。這裡的火山活動呈現周期性，它們有時長時間處在休眠狀態，有時蘇醒，持續不斷噴發。

為了證實他們的看法，庫特羅爾費和他的同事著手實施綜合大洋鑽探計劃（Integrated Ocean Drilling Program），對從太平洋各地採集來的海底底泥（岩芯）樣品進行了研究。這些樣品涵蓋了我們地球大約100萬年的歷史。其結論證實了他們的觀點：火山有長期平靜與持續活躍交替的現象，一個周期約為4萬年。

經過詳細統計和分析，他們還發現了更為奇怪的現象：火山的活躍期與米蘭科維奇循環（Milankovich cycles）不謀而合。

20世紀二三十年代，南斯拉夫地質物理學家米魯吉·米蘭科維奇經過細緻的計算，認為遠古時期地球的溫度隨著它從太陽處獲取熱量的多少而變化。

米蘭科維奇的假設直到二戰之後才引起重視。20世紀70年代，哥倫比亞大學的地質學家捷姆斯·赫斯、召·依姆伯尼和李科拉斯·什克爾頓確定了近100萬年間冰川和氣候變化的周期，他的假設才最終得到證實。他們首次計算出一組類變化周期，為10萬年、4.1萬年、2.3萬年和1.9萬年，被稱為「米蘭科維奇循環」。米蘭科維奇循環揭示了地球氣候的變動規律，以10萬年為主要周期，伴隨著4萬年以及2萬年左右的周期，與地球運行軌道的三種變化要素有關。這三個影響因素（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輻射到達地球的量有關。

4.1萬年的周期，彷彿對應於火山活躍期，對應於地軸與地球公轉軌道擺動平面的傾斜度22.3°到24.5°之間的變化周期。

這看似無足輕重的變化，明顯地對地球四季的差異起作用。在近100萬年間，當大部分旱季都集中在北半球也就是赤道以北時，表現得尤為明顯。地軸傾斜得越厲害，地球北部地區的冬季越寒冷。但是，在夏季，那裡又特別炎熱。地軸傾斜變小，冬夏季就變得不甚分明，冬季無大雪，而夏季在北半球也不會熱，雪來不及融化，便形成了逐漸往南方移動的冰川，於是便開始了冰川期。

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，那麼，是否可以說氣候的變化會對火山活躍產生影響呢？

其實，火山活動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（歐洲因為它的出現而出現了「無夏季之年」）和1257年的龍目島火山（2013年科學家才復原了當時噴發的情景，歐洲檔案文獻里記載了當時的嚴寒和饑荒）舉證，證明火山噴發如何影響到氣候。

但是，研究人員收集的事例無情地證實，氣候同樣影響到火山的活躍，這就意味著氣候也會影響到地球內部熔岩的流動過程。

這種影響的原理又是怎樣呢？

什捷費·庫特羅爾費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，海水對海底的壓力就越大。在海洋地殼較薄的區域，比如與太平洋板塊接壤的岩石圈板塊，承受的壓力同樣也會明顯增大。海底出現新的裂縫，並逐漸擴大。當這些裂縫延伸到地球表面，越來越多的岩漿彙集在一起並向外釋放，最終導致火山噴發。

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

今天，海平面持續上升，但是未必有危險，不會因為全球性的海平面上升而出現一連串的火山爆發。整個地球是個有機的整體。即使海平面持續上升幾百年，地球上的火山活躍度也需要經過三四千年才明顯上升。用庫特羅爾費的話說，這是「水的高明之處」。

「如果說到自然周期，」庫特羅爾費強調，「現在我們正處在自然變暖的周期，我們不是還活得好好的嗎？火山活躍並不明顯。人類活動導致的氣候變暖會在多大程度上作用於火山，我們目前還無法預測。但值得注意的是，現在總體上說，全球冰川體積明顯要比上一次冰川期終結時小。即使冰川繼續減少，海平面也不會上升120米，而僅僅上升約60米。」目前還很難判斷這種情況會在多大程度上喚醒火山。

此外，火山活躍度增強是漫長時期內各種因素靜態累積的結果，它的表現並不是火山「地毯式轟炸」，也不是連續不斷地噴發。換句話說，這種變化僅僅是，假如在之前的1000年里發生3次特大火山噴發，那麼在之後1000年里可能增加到7次。

我們很想知道，在10萬年左右的時間裡，火山活躍與米蘭科維奇循環之間是否存在關聯。

要知道，地球運轉的軌道形狀是緩慢變化的，這個變化的周期是10萬年。其軌道由橢圓變為近似圓形，之後又重新變為橢圓。所以，地球有時離太陽近些，有時離它遠些（如現在地球的軌道呈近圓形）。隨著太陽與地球之間的距離變化，地球從太陽獲取的能量也會發生些微的變化。那麼，在變化的時候，地球上火山的活躍性會增強或減弱多少呢？

總之，要是這種假設——氣候確實在數百萬年間對火山的活躍性產生影響——可信的話，就可以推出另一個假設：氣候同樣對地震產生影響。

這也許僅僅是一種大膽的猜想。要知道，到目前為止，我們還沒有過任何詳細描繪古代地震情況的圖像。我們只能泛泛地說「某個時候，地震顯然很頻繁」或「根據各種情況，地球當時處在平靜狀態」。我們期待地震學家能給我們描繪出1000萬年前的地震情況。

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