超级火山是能引发极大规模爆发的火山，对环境、气候和人类社会影响巨大，深入理解其形成机制对火山灾害预警有着重要意义。我国科学家首次清晰描绘了超级火山从岩浆产生到聚集的动力过程，为理解火山动力过程、预测火山活动性和预防火山灾害提供了新的地球动力学视角。这一研究成果4月10日在国际学术期刊《科学》上在线发表。
图为黄石超级火山下方岩浆系统示意图。（受访者供图）
岩石圈是地球最外层的坚硬圈层，其下方的地幔温度较高，粘度较低，在地质时间尺度上可缓慢流动，被称为软流圈。近年研究表明，超级火山的岩浆主要源自部分熔融的软流圈物质，然而其岩浆形成和迁移的内在驱动机制至今仍不清楚，成为当前超级火山机制研究面临的核心问题。
中国科学院地质与地球物理研究所（简称中科院地质地球所）研究团队选取了典型的超级火山——位于北美西部的黄石火山作为研究对象，对当地岩石圈和对流地幔进行了高精度建模，计算相关动力学过程，构建完整的北美西部固体地球系统模型。
图为黄石超级火山岩浆系统成因示意图。（受访者供图）
地幔风是地球深部物质横向流动的现象。研究人员通过该模型发现，东向流动的软流圈地幔风在穿过黄石火山下方狭窄的大陆岩石圈通道时，因上升的热物质与下行的地幔风相互拉扯导致减压熔融，产生了大量岩浆。同时，在由软流圈产生的东向推力与岩石圈密度结构产生的西向拉力的共同作用下，火山下方聚集的区域性拉张应力，“撕裂”了该处岩石圈，形成一条倾斜向上的贯穿岩石圈的虹吸通道。岩浆沿虹吸带像“爬楼梯”一样上涌、迁移，并不断演化，最终形成火山下方岩浆系统的形态。
“超级火山单次喷发的固态物质体积可超过1000立方千米，破坏力极大，理解其岩浆系统的形成和演化机制对预防火山灾害非常关键。”中科院地质地球所研究员刘丽军表示，此次研究是国际上首次系统性揭示超级火山下方岩浆系统的形成机制，为研究并预测国内外其他活跃的火山从而实现防灾减灾提供了新思路和新工具。（记者魏梦佳、吴文诩）