当这些蜿蜒的结构第一次出现在电脑屏幕上时，约翰·怀尔丁瞠目结舌。“我在办公室里跳来跳去。”这位来自加州理工学院地球物理专业的研究生说。“我在想，这是地球的一部分，在这一刻，我是这个星球上唯一知道这些东西存在的人。”

科学家们曾怀疑，在夏威夷下面的某个地方，石头中埋藏着一个秘密——这是影响岛链著名火山活动的主要因素。现在，在近20万次地震和机器学习程序的帮助下，怀尔丁和他的同事们终于发现了它。

在周四发表在《科学》杂志上的一项研究中，该团队揭示了一个以前隐藏的岩浆贮藏库，它可能就像上面火山跳动的心脏一样。这一发现为长期以来的谜团提供了一个可能的解决方案——岩浆是如何从地幔深处流向夏威夷表面的?这项工作为科学家们提供了一个有价值的新窗口，以了解地球上一些最反复无常、最危险的火山的行为。

夏威夷莫纳罗亚火山38年来首次喷发

人们知道夏威夷火山喷发的浅层岩浆库已经有一段时间了。这在一定程度上要归功于地震波，夏威夷不断扩大的传感器网络密切监测地震波。对地球来说，这种波就像超声波;它们在地下航行过程中速度和轨迹的变化可以告诉科学家它们穿越的是哪种物质，从而为它们的温度、密度和成分提供线索。

但是，为了真正理解是什么驱动了这些火山发电站，科学家们需要知道在粘稠的地幔和固体地壳的界面上发生了什么。这就是这项新研究最终出人意料地揭示的细节。

论文中描述的巨大特征是由几个被称为窗台的细长室组成的。当火山喷发将岩浆从上面的浅层水库中抽走时，这些深处的窗台似乎就会发生反应。当各个房间在不同时间开始充满熔融岩石时，就会发出刺耳的地震信号，有点像“血液涌进心脏”，怀尔丁说。

加州理工学院的地球物理学家扎卡里·罗斯(Zachary Ross)说:“我们只是看着它，它真的令人震惊。”“从那以后，它的画面就在我脑海中挥之不去。”

夏威夷大学(University of Hawaii)的火山学家肯·鲁宾(Ken Rubin)没有参与这项研究，他说:“这是一项非常优雅的研究，也是一个非常有趣的结果。”

可疑地震群

和地球上的许多地方一样，如果没有火山活动，夏威夷也不会存在。自古以来，一个根深蒂固的过热岩石喷泉被称为地幔柱，一直在燃烧太平洋构造板块的底部。随着板块继续漂移，一系列史诗级的火山浮出水面，形成了夏威夷岛链。

今天，这条火山链上有一小群活火山，包括变幻莫测的莫纳罗亚火山和大岛上极度活跃的基拉韦厄火山，它们都在本月同时停止喷发。

6月10日，在夏威夷帕霍亚，基拉韦厄火山喷发的熔岩在普纳地热发电厂附近流淌。(L.E. Baskow /美联社)

基拉韦厄西南地区和地下20英里的持续地震隆隆声此前表明，那里可能存在一系列断层，为岩浆从冥古宙深处流动到近地表水库创造了通道。自20世纪80年代以来，特殊类型的地震暗示了流动流体，这表明岩浆一直在该地区翻腾。但直到最近，这个地下迷宫的真实性质更多的是基于猜测，而不是科学真相。

“这是地幔中的神秘盒子。”怀尔丁说。“我们真的不知道发生了什么。”

科学家们需要的是来自那个确切地区的地震持续激增，足以强烈地照亮那个阴暗的区域。2015年，当该地区的轰鸣声略有回升时，情况看起来很有希望。

但该团队的幸运突破出现在2018年，在基拉韦厄火山几乎连续喷发了35年之后，火山开始了一场大结局式的喷发。这一事件在短短三个月内产生了相当于32万个奥运会游泳池大小的熔岩，火山浅层岩浆库的快速抽血导致山顶急剧崩塌。

在一个令人兴奋的情节反转中，地质学家记录了2019年在位于基拉韦厄西南约25英里的Pāhala镇下方的深层地震活动的惊人峰值。当然，科学家认为，这绝不是偶然事件。

虽然帕哈拉地震风暴是发掘该岛埋藏的岩浆宝藏的一个机会，但仅凭科学家无法在这种不和谐的声音中识别出许多单独的地震，尤其是那些更常见的、可能被更大的爆炸掩盖的较小地震。

来自加州理工学院的研究小组不愿错过地质鼓的任何一个节拍，他们将地震风暴的整个记录输入到一个机器学习程序中——罗斯和他的同事们此前曾使用这种技术来识别加州数百万次隐藏的地震。该程序很快就学会了什么是真正的地震，什么是无关的噪声，然后识别和描述了数千次常规地震信号检测程序及其人类分析人员可能会错过的地震。

从2018年11月到2022年4月，该系统在Pāhala以下记录了约19.2万次地震。在地图上绘制这些发光点时，研究小组惊讶地发现了一系列跳动的岩浆结构——夏威夷南部跳动的火山中心。

有些地震来自28到32英里深的地区:这些长周期地震通常是由包括岩浆在内的流体运动所产生的振动引起的。大部分地震活动来自22至27英里深的区域。这些火山构造地震——当断层移动和火山区域内的岩石破裂时产生的那种地震——圈定了许多近水平的片状结构，其中一些长4英里，宽3英里。

在不同的时间，科学家们在不同的薄片中检测到地震活动的激增。研究小组推测，这些片岩是岩床，是岩浆袋，它们自身的轰鸣追踪着从地幔柱顶部附近充满液体的较低区域冲上来的熔融岩石。

为了寻找更深层次的联系

12月12日，在夏威夷凯卢阿-科纳附近的空中，可以看到世界上最大的活火山莫纳罗亚。(罗宾·贝克/法新社/盖蒂图片社)
西华盛顿大学的火山地震学家Jackie Caplan-Auerbach没有参与这项新研究，他说，这张夏威夷循环系统关键部分的新3D地图“非常特别”。她说，这“太酷了”，科学家们不仅能看到这颗以前隐藏的心脏，还能感知内部心室的抽搐。

这颗心脏在技术上被称为Pāhala Sill复合体，它似乎有几条动脉从它那里分支出来。其中一条主要路径，以破岩地震为标志，似乎直接通向基拉韦厄火山的一个浅层岩浆库。因此，窗台综合体在2019年开始不停地打雷也许不是巧合。在2018年的喷发期间，基拉韦厄火山的大部分浅层岩浆被抽干，造成了压力下降。作为回应，岩浆被吸入窗台以平衡压力。类似的事件发生在基拉韦厄火山2020年短暂的喷发中。

进一步的研究可能有助于解决有争议的问题，即基拉韦厄火山和莫纳罗亚火山在表面上相对相邻，但在很深的地方是否以某种方式联系在一起。到目前为止，这一假设几乎没有具体的证据，专家们普遍认为这两座火山在很大程度上是相互独立的。

这项新研究还没有推翻这一共识。它显示了基岩综合体的另一条主要动脉，同样以岩石破碎的地震为标志，向莫纳罗亚山延伸。但是这次的岩浆流停留在一个大的水平断层上，似乎并没有到达莫纳罗亚火山的一个浅层岩浆库。

岩浆是否通过这两条路径移动也不确定。如果未来的工作检测到来自它们的长周期地震——这种地震意味着流体的存在，很可能是岩浆。

“研究结果令人震惊，”华盛顿卡内基科学研究所的地球物理学家戴安娜·罗曼(Diana Roman)说，她没有参与这项研究。但是，“目前还不清楚帕哈拉火山的岩浆是否直接导致了莫纳罗亚火山和基拉韦厄火山的喷发。”

罗曼还研究了帕哈拉地震。她与人合著的2021年论文得出结论，它们是岩浆侵入深部的结果，通过挤压莫纳罗亚和基拉韦厄的地下管道网络，同时造成莫纳罗亚和基拉韦厄的动荡。这项新研究支持了这种间接联系的观点。但即使有了这张地图，更明确的联系还为时过早。

罗斯说，尽管如此，夏威夷地下世界的大部分仍未被探索，更多的岩浆动脉可能尚未被定位。

“还有什么东西还没有亮起来?”他说。每当夏威夷地狱般的地下地壳再次剧烈震动时，来自加州理工学院的研究小组就会准备好对其进行聚焦，希望能揭示目前仍然隐藏的东西。

注：本文由院校官方新闻直译，仅供参考，不代表指南者留学态度观点。