黃石公園穿越河流的麋鹿

黃石大峽谷

黃石公園大棱鏡泉

　　發現火山

　　1870年八九月份，人類在美國的黃石國家公園進行了一次重大的探險活動。作為美國軍隊護航的首領，30歲的陸軍中尉古斯塔夫多恩(Gustavus C.Doane)跟隨探險隊進入黃石位於懷俄明州的領地。當他登上黃石河上海拔3122米的沃什伯恩山(MountWashburn)往南看時，發現落基山脈似乎缺失了什麼東西，方圓數英里都是平地，只在遠處有山脈將中間的平地包圍，形成一個巨大的森林地盆。對這種現象多恩只想到一種解釋：“這個巨大的盆地曾是某個死火山的火山口。”

　　他説得沒錯，美國這個最古老、最著名的國家公園不偏不倚地坐落在地球最大的火山群上，黃石國家公園本身就是一座火山。

　　上世紀60年代，美國地質調查局的鮑勃克裏斯蒂森(Bob Christiansen)在研究黃石國家公園火山史時覺得很困惑，他找不到公園的火山口在什麼地方。他覺得多恩中尉指出的那個缺口，肯定是被炸出來的，但是要在山裏炸出約100公里寬的地方，肯定是一件非常巨大的事情。

　　事情過了20年，他的困惑才解開。上世紀80年代，美國航空航天局為拍攝月球設計了一種紅外攝影設備，需要先在地球上空拍攝以測試它的性能。專家們決定在黃石公園進行試驗，他們對黃石地區進行了空中拍攝，以測試這些新型的高空照相機。一位考慮週到的官員把一些照片交給了公園管理局，認為它們可以懸挂在某個遊客中心。當克裏斯蒂森看到這些照片時，立刻意識到他沒有找到火山口的原因，因為這個火山口大到無法想象，無論從地面上的任何角度觀測，都無法窺其全貌。

　　照片顯示，黃石超級火山口長85公里，寬45公里，深約0.67公里。而黃石公園從北到南101公里，從西到東87公里。也就是説，黃石國家公園很大一部分面積是坐落在火山口上。

　　黃石火山是一種特殊的火山。正常的火山外貌很明顯，比如盾狀的夏威夷冒納羅亞火山群、錐狀的富士山，前一種是因為高流動性的玄武熔岩平靜流出而形成的，後一種是噴發出的物質堆積在火山口周圍形成的。除此之外，還有一種沒那麼有名、並不造山的火山。英國倫敦大學本菲爾德格雷格災難研究中心教授比爾麥格(Bill McGuire)説：“許多超級火山都不是典型的山丘狀結構，它們往往藏身在巨大的、坍塌的盆地中，超級火山的熔融岩漿很難被監測出來。”這種火山的威力能大到一瞬間破土而出，留下一個沉降式大坑，即破火山口。這種低調卻威力強大的火山一旦爆發，地幔下方的岩漿會衝破地殼，沿著縫隙噴涌而出，地下的岩漿被掏空，導致火山頂部失去支撐而塌陷，形成一個凹進坍塌盆地中的巨型破火山口(caldera，西班牙語“坩堝”cauldron的衍生詞)。

　　當時，人們不知道怎樣稱呼這個巨大的火山。之前科學家習慣用火山爆髮指數來衡量火山的威力，黃石火山是爆髮指數達到8的火山。1815年印度尼西亞坦博拉火山猛烈大噴發，造成直接死亡人數約1萬人，次年全球氣候異常，8.2萬人死於後續的饑荒和疫病。這次大噴發成為有史以來對氣候影響最大的火山噴發，但火山爆髮指數也剛達到7。如果指數達到8的話，能量將是坦博拉火山噴發的十幾倍，就像數百萬顆原子彈爆炸，給地球造成的災害將是毀滅性的。

　　2000年，英國BBC廣播公司拍攝了一部關於火山的紀錄片。在形容火山爆發的規模時，製片方創造了“超級火山”這個詞。沒有任何噴發可以和超級火山噴發來比較，《萬物簡史》一書的作者比爾布萊森寫道：“要是你把喀拉喀托火山噴出的物質比作高爾夫球，那麼黃石火山最大一次的爆發物質像個大球，你完全可以躲在後面將其作為藏身之地。按照這個比例，聖海倫斯火山噴出的物質不過是一粒豆子。”喀拉喀托火山噴發是近代著名的一次火山噴發，發生在1883年，奪走了3.6萬條人命，發出的轟隆聲在全世界迴響了9天，使遠在英吉利海峽的海水晃了半天。而1980年聖海倫斯火山噴發是20世紀以來地球上規模最大的火山噴發之一，造成60多人死亡，將390平方公里土地變成不毛之地。

　　可以想象，黃石火山以往在某個時刻噴發時，已經把這片土地炸得七零八落。

　　一座活火山

　　克裏斯蒂森現已退休，他之前對BBC説：“每年有數百萬人來到黃石公園，觀賞壯麗的景色和野生動物，很明顯大多數人都沒有意識到他們站在一個沉睡的巨人身上。”直到電影《2012》上映之前，很多美國人也沒有意識到這座巨大的火山。

　　事實上，黃石國家公園成立之後的幾十年，專家才意識到多恩中尉説錯了，黃石其實是一座活火山。

　　上世紀50年代，一個名叫弗朗西斯喬博伊德(Francis Joe Boyd)的哈佛學生對他在黃石公園發現的凝灰岩産生了興趣。這是一種火山灰因熱和壓力凝結而成的岩石，他當即就意識到這是地質年代很近的一次噴發碎屑留下的痕跡。1965年，克裏斯蒂森發現第二處明顯的凝灰岩，第二年他和同事又發現了第三處。通過鉀－氬測年法，他們判斷這三處凝灰岩是三次火山大爆發的産物。每一次爆發都留下了一個巨大的噴火山口，第三次噴發埋葬了前兩次噴發的大量遺跡。

　　科學家們由此推算出黃石超級火山的噴發事件。第一次噴發是在1650萬年以前，之後它噴發了大約100次，有研究的只有最近三次，分別是210萬年前、130萬年前和64萬年前。

　　210萬年前的黃石火山噴發堪稱地球上五大火山噴發之一，也是黃石超級火山可考史上爆發最強大的一次，是最近一次噴發的兩倍。但是，火山噴出的岩漿量達到2450立方公里，形成的破火山口至今超過100公里，産生的火山灰足以把紐約州埋在20米的深處，或者把加利福尼亞州埋在6米的深處，整個美國一半面積都被覆蓋。

　　距今130萬年前，黃石火山再度甦醒，此次爆發在最近的三次爆發中威力最小，但同樣具有毀滅性。爆發造就了黃石國家公園西側島公園之內的亨利福克破火山口，並且形成了另一片廣泛分佈的凝灰岩。

　　最近的一次爆發距今64萬年，由於距離最近，所以科學家掌握的資料相對比較充足。科學家推算，當時黃石火山噴出的灰柱升上了3萬米的高空，散落到地面的火山灰覆蓋了整個美國西部直到墨西哥灣的廣闊地區。火山碎屑物，包括濃厚致命的塵霧、岩石和氣體，以及被加熱到800攝氏度高溫的致命濃煙，化作滾滾灰色雲團橫掃大地，用數百米厚滾燙、沉重的碎屑填滿整條整條山谷。這次噴發造就了80公里長、55公里寬的破火山口，破火山口塌陷陡壁高度在50米以上，噴發物體積達到1000立方公里，噴進大氣的火山灰在遠離黃石的愛達荷州、路易斯安那州和加利福尼亞州都可見。這次爆發所産生的噴發物覆蓋了周圍1萬平方公里的土地，也覆蓋了原來的兩個火山口，形成了現在我們所知的這個超級大的破火山口。

　　為什麼是黃石？

　　黃石公園內有上萬個噴出熱水和熱氣的孔穴，還有200多處間歇泉，這意味著黃石公園底下存在一個巨大的岩漿囊。岩漿囊是火山底下充填著岩漿的區域，是地殼或上地幔中岩漿相對富集的地方，類似于石油礦藏，岩石孔隙中充滿了高溫流體。

　　每當漂浮在上面的板塊經過時，下面的熱柱就會把上面的板塊部分融化成岩漿，形成岩漿囊。因為黃石火山蘊藏在北美大陸板塊的內部，所以當板塊緩慢地飄過岩漿囊的時候，岩漿的巨大熱量會融化板塊上的岩石，使大陸板塊越來越薄，它下面滾燙的岩漿卻逐漸增多，岩漿囊離地表越來越近。對於鋼筋水泥而言，地殼板塊幾乎牢不可破，但是對地球內部的高溫熔岩而言，地殼板塊不堪一擊。

　　當數萬年過去後，如果岩漿囊上空的地殼出現裂縫，岩漿就找到了通往上層的通道。這時岩漿囊裏的壓力會通過裂縫釋放，溶解在岩漿囊裏的各種氣體也會大量逃逸出去形成爆炸，正如打開一瓶猛烈搖晃的可樂。

　　為了弄清這個岩漿囊有多大，猶他大學的火山專家鮑勃史密斯(Bob Smith)用地震波方式進行測量。地震發生時産生的余波會穿越地球，地震波通過熔岩的速度比通過岩石慢，透過地震儀顯示的不同震波抵達時間，可以計算和繪製岩漿囊的大小範圍。

　　他用地震儀組成了一個檢測中心，由22個檢測中心構建成一個全方位的網絡，所有數據都會傳到猶他大學的中心記錄設備中以供分析。他説：“地震檢波器網絡就像一個天線，你通過聆聽進入天線的地震波，就能檢測到來自地球內部的事情。”這有點像CT掃描，通過透過人體組織的X射線來建立你身體內部結構的三維圖像。實驗結果超過了之前所有的預測，這座破火山口下面的岩漿囊長80多公里，寬40多公里，和黃石火山口的大小差不多；距離地表最淺處約8公里，最深處約16公里，體積大約有2萬～2.5萬立方公里，裏面融化的岩石只有10%～30%，剩下的物質都是炎熱的固體。

　　岩漿囊下面有一個不斷提供熱量的地幔熱柱，這就像一根埋在地球深處的柱子，溫度很高，約1400～2000攝氏度，越往地球深處溫度越高。熱柱由兩個部分組成，下部呈長細柱狀，底端連至地幔底部；細柱的熱物質上升速度往往比本體更快，一旦上升到較淺出，受到的壓力降低，於是體積膨大向四面展開，整體看起來就像是有著細長柄的蘑菇。熱柱口的直徑可達1900公里，上升到一定高度後這股熱柱會灌入岩漿囊。

　　熱柱被認為是地球釋放熱量的一種方式。目前地球上這種熱柱有32處，只有一處在陸地板塊，其餘都在海洋下面，這種熱柱的位置是相對固定的，但是大陸和海床由很多巨大的板塊和更多很小的板塊組成，漂浮在密度更大的地幔上。北美板塊就像是卡布奇諾咖啡上漂浮的奶油，向西南方向移動，過去1650萬年前板塊的平均移動速率是每年4.6厘米，和指甲生長的速度差不多。

　　這就像拿著一張紙緩慢經過下方的蠟燭，如果有些地方停留得久一點，燭火就會將紙燒出個窟窿。隨著板塊繼續漂移，已經形成“窟窿”的部分也在跟著前移，當移到新的熱柱上方，之前的一幕又將重新上演。科學家在黃石國家公園的西南方發現了6個破火山口，像一串珠子一樣排列，最古老的是1800萬年前至1650萬年前的麥德米特火山場。200多萬年前，黃石公園所在地區位移到熱柱上，地下曾經供應了6座火山的燃料又開始工作，超級火山爆發的新循環就此開始。

　　按照黃石超級火山噴發點隨著地殼變化的移動規律，地質學家們開玩笑説，再過200萬年，蒙大拿州比靈斯的人們將會圍著間歇泉翩翩起舞。

　　下一次噴發

　　黃石就像一條沉睡在地下的噴火巨龍，一旦醒來，將造成巨大的災難。克裏斯蒂森稱之為潛在的“人類主要災害”，公園本身將被摧毀，森林將被夷平，每一樣活物都會被蒸發、燒成灰燼，變成碎片，接下來火山灰將覆蓋美國，全球上空漂浮著厚厚的火山灰雲，全球變冷、乾旱、饑荒、戰爭將會接踵而至，遠比電影描述的更為可怕。

　　科學家估計，黃石公園超級火山每隔60萬年爆發一次，而自上一次爆發到現在已有64萬年。黃石火山什麼時候會再次噴發，成了一個巨大的疑問。

　　它一直就沒有安分過。1973年的一天，鮑勃史密斯和同事一起在黃石湖南海灣的皮爾島(Peale Island)上工作時發現一些奇怪現象，沿著海岸線的一些樹木部分被淹沒甚至快要死了。1956年史密斯也曾在此工作過，那時他計劃建造早期航行使用的船塢，這些船塢也同樣被淹沒了。這究竟是怎麼回事呢？

　　史密斯受到啟發，著手重新考察公園工作人員自1923年以來放置在公路上的標桿。他發現，坐落在破火山口頂、位於黃石湖北邊的海頓山谷(Hayden Valley)在過去幾十年來上升了大約76厘米。然而，湖底卻完全沒有升高，只是湖的北面升高了，黃石湖的湖水因此向南流。這塊土地正在上升，底下的火山是活的。

　　史密斯于1979年將這個發現公之於眾，並將黃石公園描述為“活著、呼吸著的破火山口”。到1984年，公園的整個中心地區100多平方公里土地，比1924年所做的最後一次勘測時高了1米多。接著在1985年，由於發生多次小型地震，公園的中心地區又下陷了20厘米。史密斯把之前的比喻改為“活著、呼吸著並震動著的破火山口”。如今，黃石地面這個脆弱的外層就像一個男人呼吸的胸腔，不停地上上下下。

　　1985年之後，黃石的地面又重新升高。2004～2006年，破火山口幾乎以每年7厘米的速度上升；2007～2010年，隆起的速度降低至每年1厘米或以下。但是很多媒體在報道時忽略了上升速度的明顯變慢，比如2011年初英國《每日郵報》就稱：“從2004年到現在，黃石公園內巨大的休眠火山的地標隆起高度一直在以驚人的速度上升，特別是近三年以來……創下了自1923年以來的最快紀錄。”還有一些媒體蜂擁而上，很快便出現“黃石公園火山即將爆發”、“美國大部分國土即將覆蓋在火山灰下”等聳人聽聞的説法，引發一陣騷亂，為此黃石國家公園的官方網站不得不出來辟謠。

　　究竟是什麼讓地面上升？科學家説可能是因為潮熱的水和蒸汽，或者是岩漿。不管哪一種方式，這種熱量同樣也會融化岩石，也能導致另一場噴發。而黃石最危險的地方不在它上上下下的地面，而在於沒有人知道什麼是噴發前的預警信號。“很可能是一系列的地震，地面隆起、間歇泉和噴氣孔的活動方式有可能改變，但究竟是什麼誰也説不清。”黃石國家公園的地質學家保羅多斯(Paul Doss)解釋。在他眼裏，某種程度上能成為火山噴發警報信號的現象，差不多在黃石公園都已存在。

　　一般來説，地震是火山噴發的前兆，但是在這裡地震是家常便飯，大約每年會發生2000次地震，其中大多數都感覺不到，只有少數比較明顯。比如1959年發生了7.5級地震，震中在公園西部，地震造成了一個裂縫，觸發山崩，造成28人死亡；1985年10月，黃石公園地震雲集，接下來幾個月裏大約發生了超過3000次地震；10年後，另外一群地震把黃石公園搖晃得如同一個被捅了的馬蜂窩。

　　還有一個可能的標誌是間歇泉。黃石公園的地表熱量是全世界平均水平的三四十倍，靠近地表的岩漿驅動間歇泉噴發。但是多斯説間歇泉變化多端，同樣無法預言。比如汽船泉是世界上最大的間歇泉，噴射的時候達120米高，但噴射的間隔可以少到4天，多到50年。“如果它今天噴射，下個星期又噴射，絲毫不能説明它下下個星期或者下下下個星期或者20年之後會怎麼樣。整個公園都變化無常，實際上你不可能根據任何動靜來下結論。”

　　如此看來，似乎誰也無法預料它何時噴發。鮑勃史密斯説：“最初我們也擔心地面隆起會導致火山噴發，但在發現岩漿位於地下10公里後，我們消除了這種擔憂。如果岩漿深度在地下兩三公里，我們將陷入極大的憂慮中。”在他眼裏，火山口的地標隆起只是地標變形類型的一部分，只是一個不間斷的過程，屬於正常現象。“黃石公園下的熱柱在過去大部分時間裏都是在美國西部的盆地和山脈形成破火山口，而今黃石火山之上的是落基山脈這個強硬粗厚得多的地殼，也許可以抵擋底下熱點的爆發。”

　　但是，暫時是安全的並不意味著以後也是安全的。鮑勃史密斯曾寫道：“黃石實際上活著，還在呼吸。”克裏斯蒂森早年在關於公園的綜合地質報告裏也寫道：“黃石國家公園區域無疑將會發生火山活動。”火山專家比爾麥格教授認為：“不僅在黃石公園，在世界的任何地方，都有可能有‘超級火山’爆發。這樣的事情在地球上不止一次上演，沒有理由因為人類的出現而終止。”