來自地心的神秘之柱

地球在長達46億年的漫長歲月中，無一刻不是在變化之中，滄海桑田之事屢見不鮮。這變化形成了許多風光旖旎的地方，如夏威夷島，黃石公園；這變化讓生命的誕生和發展成為可能，如5.4億年前的寒武紀生物大爆發讓地球邁向了欣欣向榮；這變化亦導致了地質歷史時期的五次生物大滅絕，如中生代恐龍滅絕事件。人們總能夠在這些變化中找到大面積火山爆發的影子。

這很難讓人相信這僅僅只是巧合，到底是誰在主導這一切呢？

讓我們了解一下這些事件背後的主角，它是半個多世紀以來板塊構造學說之外最重大的發現，也是科學家們爭論的焦點。它誕生於行星之核，橫衝直撞，轟裂地表，淌出巖漿洪流。

這就是我們故事的主角——矗立在地底的宏偉巨杵：地幔柱（Mantle Plume）。

巨人肩膀上的眺望

板塊構造學說的完善

自古而來，人們就對腳下的這片土地充滿好奇。自從魏格納（A.L.Wegener）讓大地「漂起來」開始（提出大陸漂移學說），將近一個世紀的時間裡，越來越多的人已經接受了這樣的圖景：我們腳下最表面的這層物質——地殼，其實並不是鋼板一塊，而是一塊塊的拼圖單片，即可以拼合成一個整體，也可以拆開。我們便生活在這樣不斷分分合合的拼圖上面，這就是大家極為熟悉的板塊構造學說。

板塊構造學說解釋了地球上許多地質現象，如在板塊交界處分布的大多數活火山和地震均是板塊之間的碰撞或拆離導致的。然而，科學家發現穩定板塊的內部仍然發育著的大量的火山、地震等巖漿活動，如夏威夷劇烈流淌的火山，黃石公園的噴發，又比如兩億多年前的西伯利亞的巖漿溢流。這是板塊構造理論所無法解釋的現象。

於是，經過一系列的研究，摩根(W.J.Morgan)教授提出了一種新的假說—— 「地幔柱假說」。提到「地幔柱假說」，就不得不先提到「熱點假說」，在板塊構造理論剛成型尚不到十年的時候，摩根教授根據太平洋、大西洋和印度洋中一些火山島嶼和海山具有線狀分布特徵以及噴發年齡順序變化的現象，提出了 「熱點假說」。以夏威夷群島為例：摩根教授認為這些熱點相對靜止，所以當巖石圈板塊漂移經過這些熱點時就形成了鏈狀火山島嶼。

夏威夷鏈狀火山島嶼形成與地幔柱示意圖

（圖片來源：果殼網）

板塊構造的動力來自於地幔，即板塊之下的地幔軟流圈發生對流，如同傳送帶那樣橫向循環，託著板塊滿世界漂，以動能的形式消耗行星內核的放射熱。而當地幔在縱向上以升降的行為運動時，情景便截然不同了。在地核和地幔的交界處，由於溫度和化學成分的變化，處於一個不穩定的狀態——紊流層，紊流層在特定條件下會形成一個升騰的熱柱——就像煙囪中的滾滾濃煙一樣。它在流動的地幔中垂直上升，幾乎完全不影響、也不幹涉板塊構造的「傳送帶運動」。這就是我們這裡所說的地幔柱了。

（圖片來源：果殼網）

地幔柱結構示意：藍色實心球為地核。虛線透明部分包括從地幔到地殼的範圍。黃色部分為地幔柱。色彩表示熱異常的比率，越藍表示熱梯度越正常，越紅則反之。

來自地心的「滅霸」

是天使還是魔鬼

毫無疑問，地幔柱會導致地表大量的火山活動發育。大量生物在三疊紀、白堊紀突然滅絕的原因一直是研究生物大滅絕的科學家想解決的重要問題。拉爾森教授（R.L.Larson）認為白堊紀全球存在著一個超級地幔柱，超級地幔柱的強烈活動造成玄武巖火山作用的廣泛發育，使全球氣候劇變，導致大量生物，包括恐龍滅絕。

不可思議的是，地幔柱引發的大量火山作用在地球的周期性降溫中起著至關重要的作用。研究表明當火山灰和二氧化硫之類的化合物被釋放到大氣中時,它能將一部分太陽射線反射回太空,從而減少了大氣吸收的熱量。這個過程,被稱為「全球變暗」,因此對地球起到了重要的降溫作用。

而到目前為止,地幔柱最有益處的方面應該是它們在地球大氣形成方面的作用。在地球形成之後,地球大氣層也開始慢慢形成,而地幔柱引發的火山排氣導致儲存在地球內部(這些氣體收集於地表)釋放出來是地球大氣層形成的重要初始條件之一。時至今日，火山放氣作用仍對維持地球大氣層穩定起著不可或缺的作用。

我們腳下的這片土地，就像浩瀚星空一樣有著太多太多的秘密。地球之所以是我們今天看到的樣子，背後也有著太多太多的故事。地幔柱假說提出至今已有近半個世紀的時間，隨著科學家的不斷探索（地球透鏡計劃等），慢慢的揭開了它的神秘面紗,但對於地幔柱的成因和動力學機制問題尚未完全解決。我們也相信，終有一天，我們能真真正正地認識我們的地球母親！