黃石長期爆發(fā)的火山歷史背后的驅(qū)動力可能沒有人想象的那么深。一項新的研究表明，真正的罪魁禍?zhǔn)资且粋€俯沖的構(gòu)造板塊，而不是一縷延伸到地球核心的熱地幔，它在幾億年前開始在北美洲下沉。

研究人員在12月18日的“ 自然地球科學(xué)”雜志上報告說，計算機(jī)模擬結(jié)果表明，古代Farallon板塊破碎殘余物的運動可能會以一種為黃石燃燒的方式攪動地幔。研究合著者，伊利諾伊大學(xué)香檳分校的地球動力學(xué)家Lijun Liu說：“這種合適性非常好。”

位于黃石國家公園下方的巨型超級火山位于懷俄明州，擁有1700萬年的歷史 - 其中大部分都在移動中。在那段時間里，火山活動的位置從愛達(dá)荷州西南部向東北方向移動到現(xiàn)在的位置，最近爆發(fā)性地爆發(fā)了大約64萬年前。這些火山爆發(fā)造成了火山口的軌跡，類似于形成夏威夷島鏈的熱點所形成的火山口。因此，科學(xué)家長期以來一直懷疑源自核心 - 地幔邊界的深部巖漿，類似于燃燒夏威夷火山的巖漿，是黃石肆虐的源頭。

但黃石羽流的性質(zhì)一直是爭論的主題。德克薩斯大學(xué)奧斯汀分校的地震學(xué)家羅伯特·波利特(Robert Porritt)表示，“通常有羽狀物，我們可以將它們追溯到核心 - 地幔邊界”，他沒有參與新工作。為了“看到”地球的結(jié)構(gòu)，地震學(xué)家使用一種稱為地震層析成像的技術(shù)，該技術(shù)使用地震產(chǎn)生的地震波對內(nèi)部進(jìn)行地圖繪制。特別是地幔的熱或液體部分減慢了一些稱為剪切波的地震波。地幔羽流的斷層圖像，例如夏威夷地下的地幔，顯示出一個低速區(qū)域，一直延伸到地幔和核心之間的邊界，距地球表面約2,900公里。這種深羽流??被認(rèn)為是為火山活動提供足夠熱量所必需的。

“但在黃石公園，我們在核心 - 地幔邊界處沒有那么大的低剪切速度，”波利特說。目前的圖像顯示，低速物質(zhì)的區(qū)域至少延伸了1000公里 - 但是是否有更深的羽流是不確定的。

該地區(qū)在構(gòu)造上非常復(fù)雜。大約2億年前，西部的一塊構(gòu)造板塊，即Farallon板塊，開始在北美板塊下向東滑動。目前位于太平洋西北海岸的Juan de Fuca板塊是Farallon板塊的最后殘余物之一，繼續(xù)在美國西部下滑。一些研究人員提出，俯沖胡安德富卡板塊的彎曲和融化不是深層地幔羽流，而是黃石火山活動的原因。

劉和他的同事還有另一個想法。2016年，劉發(fā)表的研究表明，沉沒的古代Farallon板塊就像一個深層地幔柱上的蓋子，防止羽狀物上升到地表(SN Online：2/3/16)。“但我們記住，問題沒有解決，”劉說。“黃石的熱源仍然缺失。”

研究人員創(chuàng)建了一個復(fù)雜的，超級計算機(jī)驅(qū)動的系列模擬，試圖找到與三種已知知識相匹配的最佳方案：當(dāng)前美國西部地下斷層圖像; 黃石以及附近盆地和山脈地區(qū)的火山歷史; 以及大約2000萬年前俯沖板塊的運動。

黃石的火山活動不僅與當(dāng)前俯沖的年輕Juan de Fuca板塊有關(guān)，而且還與其舊版化身的遺留物Farallon Plate有關(guān)，仿真表明。那些殘余物繼續(xù)向下滑動，現(xiàn)在位于美國東部之下。這次向下的潛水將熱的地幔向東拖著。隨著Juan de Fuca板塊開始在美國西部地區(qū)分裂，熱的地幔從裂縫中升起。一些熱的地幔在Juan de Fuca板塊的頂部向西流回，為盆地和山脈地區(qū)的火山活動提供了動力。其中一些向東流動，為黃石的火焰增加了熱量。該研究并不排除存在深部巖漿羽流，但它表明這樣的羽狀物在黃石火山活動中起的作用不大。

波利特說，他對美國中部和東部地區(qū)下沉的Farallon板塊如此大規(guī)模地驅(qū)動地幔環(huán)流的想法很感興趣。然而，他說，他不相信作者真正解決了黃石火山活動的更大謎團(tuán) - 或者尚未發(fā)現(xiàn)的深羽仍然沒有發(fā)揮重要作用。“這將是一場有趣的辯論，這種爭論將會持續(xù)數(shù)十年。”