52万年前，一次海底喷发震撼了爱琴海

科学家们发现了 50 万多年前一次未知的火山喷发，震动了爱琴海的海底。

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“核心在甲板上！”

两个月来，每当我听到这种叫声，我就会跑到 JOIDES Resolution 号的甲板上，看着船员们拉起一根 30 英尺（10 米）长的圆柱形管，里面装满了从海底钻出的层状、多彩的岩石和沉积物在我们的船下面。

2022 年冬天，作为 IODP 398 号远征的一部分，我乘坐国际海洋发现计划的 JOIDES Resolution 号在南爱琴海巡航了两个月。我和我的地质学家同事利用这艘前石油勘探船深入海底钻探，揭示了希腊圣托里尼海岸附近地区的火山历史。

作为一名研究火山岩化学的科学家，我利用自己的专业知识将火山沉积物与引起火山喷发的喷发联系起来，并了解火山下方深处和喷发期间岩浆所经历的条件。

我们的探险队对海底的钻探揭示了 50 万多年前发生的一次大规模但此前未知的火山喷发。这一发现扩大了我们对构成南爱琴海火山弧的火山链中火山活动的了解，这将使我们能够对该地区进行更准确的危害分析。

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建立更完整的火山历史

考古学家长期以来一直对公元前 1600 年左右圣托里尼青铜时代晚期的火山喷发着迷。这次喷发与附近克里特岛米诺斯文明的衰落有关。由于该地区火山和地震活动的波动性，地质学家也对该地区产生了浓厚的兴趣。该地区居住着约 15,000 名居民，每年吸引约 200 万游客。

尽管有关于圣托里尼火山的重要陆地记录，但科学家知道该记录并不完整。在陆地上，侵蚀、植被和其他喷发事件经常覆盖或掩盖较古老的火山沉积物，从而导致历史支离破碎。 IODP 的 JOIDES 决议启用的深海钻探使研究人员能够获得陆地上很少保存的地质记录。

火山喷发后，火山碎屑物质（喷发过程中形成的岩石和火山灰碎片）通过水柱沉降到海底。在那里，粘土和生物材料，例如微小海洋生物的壳，不断下雨，覆盖了火山岩沉积物。这个过程将单个喷发的记录保留为单层。随着时间的推移，层层逐渐形成，每一次连续的火山事件都创造了该地区火山历史近乎连续的时间记录。

398 号探险队的任务是获取这一深海记录，以记录每个火山活动集中区域的广泛喷发历史。

IODP 远征队 398

IODP 398 号探险队收集了钻芯，以更好地了解该地区圣托里尼火山、克里斯蒂安娜火山和科伦坡火山的火山历史和复发间隔。 JOIDES Resolution 团队在 12 个地点进行了钻探，最深深度为海底以下 2,950 英尺（900 米）。我们回收了 780 多个岩芯，总长度超过 11,000 英尺（3,356 米）。

当技术人员将岩心切割成 4.5 英尺（1.5 米）的部分时，科学家们会聚集在一起查看发现了哪些材料。在将核心施加表面压力后，研究小组将它们纵向分开，拍摄它们，分析它们的物理特性（例如磁化率），并描述材料。岩心描述器测量并记录其中包含的每个岩石单元的地质成分。

作为地球化学实验室的负责人，我采集了多层火山岩和火山灰的小样本，将其溶解到溶液中并分析其微量元素成分。在喷发过程中，岩浆结晶并与其接触的水和岩石中的元素混合。岩浆中产生的化学变化对于该特定喷发的条件是独特的。因此，一旦我弄清楚了沉积物样本的化学成分，我就可以确定它们的火山起源。

我们的发现：古菌凝灰岩

在探险期间，我们的研究小组在几个不同盆地的多个地点发现了厚厚的白色浮石层。船上生物地层学将每次出现的层的年代确定为相同的年龄：510,000 至 530,000 年前。地球化学相关性表明各个钻孔的成分也相同。

在这些盆地中找到同一层，使我们的研究团队能够模拟导致火山喷发的规模。我们利用探险期间收集的地震数据确定火山沉积物的体积约为21立方英里（90立方公里），某些地方的厚度高达490英尺（150米）。此外，我们确定这层火山岩分布在爱琴海南部这一地区 1,100 平方英里（3,000 平方公里）的范围内。

我们的团队将这个矿床命名为“Archaeos Tuff”，源自希腊语“archea”，意思是“远古”。这个名字反映了这块岩石的希腊起源，以及它比我们所知的陆地上许多火山活动要古老得多的事实。

根据古生凝灰岩的特征，我们可以了解形成它的火山喷发的性质。其厚度和大范围的分布表明古菌凝灰岩是单次高强度喷发的结果。岩石中众多的囊泡或小孔表明，在液态岩浆的同时释放出大量气体。这些小气泡描绘了一场强烈的火山喷发，其中大量的挥发性气体很快被释放出来。

然而，尽管其规模和猛烈程度显而易见，但这次喷发与任何先前已知的陆地沉积物或大型喷发都没有关联。陆上物质的相对缺乏表明主要是海底喷发。一旦我们知道了我们要寻找的东西，我们的团队就能够将我们新发现的深海火山沉积物层与圣托里尼岛、克里斯蒂安娜岛和阿纳菲群岛上一些以前不相关的小型陆地沉积物进行匹配。这些沉积物的存在表明海面在喷发过程中出现了一些破裂，这再次符合我们对高能喷发的描述。

对古生凝灰岩成分和年龄的进一步研究证实了这次喷发留下的岩石沉积物的独特性质。根据我们收集的数据，我们的团队认为古生凝灰岩是由比青铜时代米诺斯火山喷发规模大六倍的火山喷发造成的，留下的岩石沉积物厚度是青铜时代米诺斯火山喷发的 30 倍。如此大规模火山沉积物的存在告诉我们，南爱琴海火山弧产生大规模海底火山喷发的能力比科学家之前认识到的要强。

古菌凝灰岩的识别扩展了我们对南爱琴海火山过程的了解。这表明危险的海底火山活动的可能性比之前意识到的更大——官员们需要重新评估火山对周围人口的危害。