极端地质

Chris -您正在收听的是《裸体科学家》节目，我是Ch金宝搏app最新下载ris Smith，我们在剑桥科学中心现场直播，本周我们将讨论极端地质学。今晚我们的嘉宾是James Jackson, Tehnuka Ilanko和Arwen Deuss。他们都是地球科学家，特努卡，你研究火山。告诉我们你是做什么的。

Tehnuka—我是一名研究火山气体的火山学家，我的大部分工作都是在南极洲埃里伯斯火山的气体上完成的。所以，我们要做的就是在火山口上安装一个仪器。在火山口内部，有一个活跃的熔岩湖，这是非常不寻常的。一个活跃的熔岩湖是一种熔岩池，由于某种原因，它与熔岩的源头相连。所以，有新的岩浆涌出。所以，热的东西上来了，湖面翻过来了。整个过程中，它都在释放气体。现在，这些气体的问题是，当岩浆在深处时，它们总是在岩浆中。这有点像一瓶可乐。当它被密封的时候，你可以看到里面没有气泡。 But there's carbon dioxide inside the bottle and it's all dissolved because the bottle is sealed. When you open the bottle, you're releasing some of the pressure out and suddenly, all of these bubbles start forming and stuff comes out of the top. It's the same thing inside a volcano. What we're trying to do is measure the gases and to find out where they come from, and how that's driving their lava movement inside the volcano.

Chris -一个简单的问题，为什么是南极洲?我的意思是，我知道你可以去南极洲，我也很想去，但这不会限制你去那里的频率吗?

特努卡-这意味着我们每年只能去一次。今年，我们根本不能去那里因为我们要去美国南极项目不幸的是，那里的一切都停止了。

克里斯:他们现在已经关门了，不是吗?所以你的远征泡汤了。

特努卡-但通常情况下，有很好的实地考察支持，就像我说的，像埃里伯斯这样的熔岩湖是很不寻常的。所以，在那里工作的机会让努力变得值得。

克里斯-这东西有多大?

特努卡——我上次去那里的时候，熔岩湖本身大概有30米宽。这座火山将近4000米高。

克里斯-那熔岩湖有多热?

特努卡-这是一个很好的问题，也是我们一直试图解决的问题之一，但大约是1000摄氏度。

克里斯:哇!所以，如果你去游泳，你不会坚持太久的。

特努卡-不。

克里斯:这对环境中的冰有什么影响?

特努卡-离熔岩湖最近的火山口本身没有冰，但他们在火山上。它仍然被冰雪覆盖着。

克里斯:就这座火山而言，火山有不同的味道。所以，如果我们观察世界上不同的地方，它们的行为是非常不同的。是什么决定了这一点，埃里伯斯火山是什么样的?

Tehnuka -所以，其中一些与地球更深的部分有关，火山下面是什么以及火山下面的板块是如何相互作用的，也许你会从Arwen那里听到更多。相对而言，埃里布斯是一种流动的岩浆，因此，它有这个活跃的熔岩湖。其他一些火山可能更具爆炸性。它们可能更容易被阻挡，你会得到更大的爆炸。

克里斯-你从这些气体中学到了什么?

特努卡-气体显示出一些有趣的模式。所以，当我们从熔岩湖中看到大气泡破裂时，它们通常含有丰富的二氧化碳。有时我们看到气体的循环变化，我们仍在试图找出是什么导致了这种变化。

克里斯-我们马上就要回答你的问题了，所以请戴上你们的思考帽。我收到了很多关于火山的邮件，所以我们来看第一个。这个来自推特上的捕梦网37，他说:“火山活动对全球变暖有多大影响?它们对污染的影响是什么?”

特努卡-这是一个非常好的问题。关于火山对气候的影响，人们说的主要事情之一是火山所释放的二氧化硫，实际上它可以使地球免受辐射的影响。因此，实际上是在促进冷却。

克里斯:我收到了一位听众的邮件，他说如果你看一下历史，有证据表明数百万年前发生了一些大规模的火山喷发，当时火山灰和其他东西覆盖了北美那么大的面积。他们接着说，“嗯，当所有这些东西都出来时，地下不是会留下一个巨大的洞吗?”

特努卡-我想会有的。

Chris -有问题吗?

乔纳森-你好。我是来自剑桥的乔纳森。我知道黄石公园的火山口相当危险。它有多危险?它有可能随时爆发吗?

Tehnuka -这实际上是从上一个问题延伸出来的。可能发生的一件事，我想稍后会向你们展示，在一次大喷发之后，火山下面的洞和东西以某种方式清空了，留下了一个空间，这意味着上面的东西可以塌陷进去。所以，火山口通常形成于一个巨大的岩浆房，所有喷发的物质的来源已经清空，留下了一个空间。

克里斯-如果那东西爆炸了，会有什么影响?

特努卡——非常大。

克里斯:糟糕!还有问题吗?

亚伦-你好。我是来自Hardwick的Aaron。你能总结一下火山喷发时产生的气体吗?

Tehnuka -所以，会有很多不同的气体释放出来。我们看到的大部分是水和二氧化碳。二氧化硫是另一个主要的，然后我可以一直说下去，但是其他一些主要的是一氧化碳，氯化氢，氟化氢，H2S就是发出奇怪气味的东西。

Chris，我收到了两封邮件，一封来自Devin，一封来自Richard Roberts。他们都发了邮件chris@thenakedscientists.com．他们说:“火山是导致全球变暖还是全球变冷?”

特努卡:这是另一个非常好的问题，我不确定我能直接回答这个问题。大喷发的历史记录，例如，在人类历史上，冰岛有一次被称为“黑”的大喷发。所以，我们知道它对世界不同地区的气候产生了疯狂的影响。我们往往看到的是极端天气，但不同地方的影响会有所不同。

詹姆斯-我们有一些众所周知的原因。1811年或1812年在印度尼西亚发生了一次大旱灾，造成了著名的无夏之年，导致美国东北部所有的庄稼歉收，并开始了向西部国家的大迁徙，比如俄勒冈州等。当时他们不知道是什么原因造成的，但这是印度尼西亚的一次大规模喷发，在高层大气中产生了大量的灰尘，这就保护了大气免受阳光的照射，并使其冷却。另一次更接近现代的是在1990年。在菲律宾，一座名为皮纳图博的大山爆发了，导致全球气温下降了半度，持续了两年。这听起来并不多——半度——直到你意识到，实际上，即使在最后一个冰河时代，也就是冰川最盛的时候，全球气温也只比现在低4度。因此，把全球温度升高几度是一件相当危险的事情。但最主要的是，我从历史记录中了解到它是冷却的。

本:嗨。我是本，来自剑桥。我只是想知道新的火山是否会形成，以及发生的频率。

特努卡-这取决于你从哪里看。在某种程度上，你可以说新的火山一直在形成。通常是海洋。地面移动的地方有板块这些被称为发散板块边缘。沿着这些，有岩浆涌出，我想在某种程度上，你可以称这些火山为不断形成的火山。火山总是会形成的。有一个著名的案例是关于墨西哥玉米地的，有一天，这个农民看到一座火山正在形成。

克里斯-来自Bryan Houser, Tehnuka的电子邮件，他说，“岛屿是如何在海洋中产生的?”这也是一种火山现象，不是吗?

特努卡-没错，这只是火山的形成，但它们是从海底堆积起来的。所以，很多火山都比我们最后看到的火山要大得多，比如夏威夷的火山。

Brendan -嗨。我是来自剑桥的布兰登。你认为我们有多大可能在有生之年看到另一次皮纳图博火山爆发导致气候变化?

特努卡-这是一个很好的问题，但我不知道一个简单的答案。不幸的是，预测火山活动仍然相当困难。

亚玟:预测真的很难。预测地震非常困难，预测火山也非常困难。至少对于火山，有时我们有一点预警。那些靠近城市的火山，比如维苏威火山，我一直在监测。我们希望我们能注意到震动，几天后开始发生的小地震，导致火山爆发。希望对于火山，我们能有一点预警。问题是，我们能疏散民众吗?真的有可能在几天内疏散像那不勒斯这样的城市吗?我不确定。这是一个非常大的城市。 Earthquakes is a completely different story. I'm not sure we'll be able to predict those. The only thing we might be able to do is get a feeling for how big earthquake will be, once it has started. There's work being done in the United States and if you would know after you've just felt few shakings, if you have a computer programme that can then say, "This is just going to be a small earthquake. No worries" or, "This is going to be a big one." Then the really destructive waves will come maybe 20 seconds later. You'll have 20 seconds to do some important things - maybe turn on some emergency equipment, warn people that they can just move from where - if they're in a more dangerous place, go and be in a more safer place. That will not be a proper prediction, days in advance, but it might give us a little bit of extra safety and just prevent some of the major disasters happening, potentially killing slightly less people than what's happening nowadays.

Fergul -我是剑桥的Fergul。我想知道是否有可能从火山气体的性质中得知，它们的原始来源是什么，它们是否来自地质的化学反应，或者它们是否可以追溯到大气气体，追溯到地质历史或地下水?

特努卡:所以，我正在做的一些工作是试图模拟我测量的气体来自哪里，但只是在火山内部。这和气体的可溶性有关。它想要在岩浆中溶解多少。有些气体如水是可溶的。其他气体如二氧化碳则不是。所以，即使没有任何东西撞击火山，火山也会排放二氧化碳，这可能并不罕见。但是，当你开始看到例如大量二氧化硫出来时，这可能是一个警告信号，表明岩浆已经到达火山内部的更高层次。所以，更多的可溶性气体，比如二氧化硫，通常是溶解的，现在已经减压了，所以让它溶解在岩浆里的东西减少了，它也开始出来，这可能是火山喷发的警告信号。

Chris - Tehnuka Ilanko。

克里斯我是克里斯·史密斯，这周我们要讨论的是极端地质学来自剑桥大学地球科学系的三位尊敬的嘉宾詹姆斯·杰克逊，特努卡·伊兰科，还有亚文·德斯，你是地震学家，亚文。所以，让我们来震撼一下地质学的世界，告诉我们你是怎么做的。

亚文:嗯，我们已经从另外两个人那里听说了地震和火山。这是你将在新闻中看到和听到的主要内容。但所有这些发生在地球表面的事情，都是由地球深处的过程驱动的。如果你想了解它们，那么我们需要知道地球深处发生了什么。

我们研究的方法是利用地震波。所以，我们可以看地震本身，但是这些地震，它们会产生波浪。它们穿越地球。它们不只是沿着表面移动。它们正好穿过它的中心。所以，一场可能发生在新西兰的地震，我们可以在英国听到。作为人类，我们感觉不到，但是我们的地震仪，它们是非常敏感的仪器，可以感受到这些波。他们把这些记录下来，这样我们就可以拍下地球深处的照片。这是一个非常非常好的方式来理解构造，板块运动，地震的产生，以及为什么有些地方会有火山。我们可以将它们与地球的深层部分联系起来，我们制作图片，就像做脑部扫描一样，我们的图片看起来非常相似。 Give them colours, red and blue, they relate to regions in the Earth where the velocity is slightly or slightly lower, and we think we can link those to regions in the Earth where the temperature is slightly higher or slightly lower.

现在，火山，它们需要更高的温度，我们会在我们的模型中看到它们，温度可能更高的地方可能会导致地球表面的火山。我们还可以看到，在速度稍快，温度稍低的地方。这可能是板块的地方，我们刚刚听说在海洋中央，不同的板块，新的板块正在形成。我们有火山爆发，我们在地球表面产生新的部分。如果我们产生了新的部分，我们需要一个地方来补偿，我们需要摧毁这些新的板块，这些被称为俯冲带。这是一个非常重要的地方，在日本下面有一个俯冲带，可能是大地震和海啸发生的原因。

克里斯-亚文，我收到托尼的一封电子邮件，他说，“如果我们把地球切开，往里面看，然后画一幅地图，地球的结构是什么?”

亚文:地球主要由几大层组成。就像洋葱的不同层。顶层大约有3000千米厚。我们称之为地幔。这是所有与构造有关的令人兴奋的事情。然后再往下看。我们得到地核，那是一个非常非常热的区域，由流体、铁和镍组成。它是液态的，在那里，有一个很小的区域大约一千公里厚，这是固体内核。所以，地球主要有三层——固体的地幔，流体的外核和固体的内核。

克里斯:我们怎么知道这些东西里有什么呢?因为你说过里面有铁，但没人能进去，那我们怎么知道里面有铁呢?

亚文-这是个很好的问题。我们无法到达那里，但我们知道行星的平均成分是什么。我们可以通过观察陨石来了解太阳系中形成的物质的平均成分。我们知道它们一定含有大量的硅，但也含有大量的铁。当你形成一颗行星时，铁非常重，它会向行星的中心下沉，形成核心，而硅等较轻的元素会留在外层，即地幔。

克里斯-因为我收到了一封电子邮件，有人说，“在地球的核心会发生什么?因为如果所有的重物质都下沉了，我们知道重力会吸引所有的东西，那么在地心，应该没有净引力效应，所以地心不是空的吗?”

亚文:嗯，还有压力效应。所以，我们在地球深处有难以置信的压力，所以在地球深处的任何地方都不可能维持一个空洞。所以不，我们在中心没有空心。我们有一个坚实的内核，没有中空的部分。

克里斯-简在电子邮件中说:“是什么让地核保持高温?”

亚文:自从地球诞生以来，很多热量就一直存在。这是我们形成地球时遗留下来的热量。这颗行星非常热，而且还在慢慢降温。最重要的是，可能会有一些放射性衰变，也会产生热量。所以，有不同的过程在发生，但是主要的热量出来也是因为我说过有一个流体的外核和一个固体的内核。这个坚固的内核正在慢慢凝固，所以它越来越大，随着时间的推移变得越来越大。当它凝固时，会释放出更多的热量，使核心的其余部分变得非常热。

克里斯:在地球表面，它被分割成板块，我们有大陆。如果我们观察太阳系的其他行星，它们也有这样的构造吗?还是我们是独一无二的?

亚文:我们还有一些和地球有点相似的行星，我们可以在这些行星上看到一些构造运动的证据，尽管真正的方法实际上是去那里看看，我们能否测量那些不同行星上的地震?

克里斯-你先请。

亚文:但如果你以火星为例，我们确实认为那里可能曾经或仍然存在板块构造，人们一直在关注的另一个星球是金星。它们与地球非常不同，在这些行星深处正在发生的事情或可能发生的过程可能非常不同。有趣的是，向这些行星发射地震仪。这对金星来说可能是不可能的，但对火星来说是可能的，有一些计划将地震仪送到那里，希望我们能更好地研究那里是否有板块构造。

Chris -我们来回答一些问题。

克里斯-你好。我是克里斯，来自剑桥。你在地震后收集到的信息，是否能帮助你勾勒出地球上最适合利用地热能的地方，就像他们在冰岛做的那样?

亚文:我想我们都很清楚哪些地方是利用地热的好地方，这是一件很美好的事情。当你去冰岛的时候，是的，那里有热水，我们不需要燃烧任何化石燃料。我认为我们对地表地质的了解足以找到这些地方，但如果，不管出于什么原因，我们找不到，是的，你可能会发现有些地方有小的振动，这可能与火山活动有关，可能是利用地热能的地方。

大卫-你好，我是伯里圣埃德蒙兹的大卫。你们的地震测绘技术能给出什么样的分辨率?

亚文:这取决于你用来查看数据的地震波。这也取决于你想要观察地球的深度。在地表附近，我们可以有很好的分辨率，我们可以看到传播速度非常快的数据，波的振荡速度也非常非常快。它们可能会在一秒钟内振荡，这意味着波上下只需要一秒钟。然后我们可以有几公里的分辨率。你越深入地球，分辨率就越低你看到的是几百公里深的地方，最深的地方，几乎是一千公里。所以，你有各种各样的决心。

Chris -我收到了两封关于几乎相同问题的邮件。John Stenson和Delisia。他们想知道，是什么提供了保持板块运动的能量，以及为什么构造板块会四处漂移，因为我认为统计数据表明，它们移动的速度和我指甲生长的速度大致相同。这是对的还是更快?

亚文:是的，他们有。现在，大部分热量来自核心，核心的潜热。所以，这需要放到某个地方。所以，它在地核中，它需要进入正在冷却的地幔，在顶部，你会得到一个表面，就像地壳一样，如果你冷却一些牛奶。上面还有一层硬壳，它在移动，适应它。我们并不认为这真的会移动板块。这可能是一个独立的系统，但它们的运动速度与指甲生长的速度相似。我们知道它会继续运动，所以我们可以确定形成新板块的力有多大以及它们是如何被拉下来的。但我们如何从地球深处的运动中产生板块构造，这是我们还没有完全理解的。

皮特-你好。我是剑桥的皮特。你能解释一下是什么原因导致地球有磁场，为什么它会随着地质时间的变化而变化?

亚文:是的，这是一个非常好的问题。你是对的。地球有一个磁场，当你从外面看它的时候，它看起来像一个条形磁铁，你小时候可能玩过。然而，在地球上，它不是条形磁铁。它实际上不是由固体内核产生的而是由流体外核产生的。因为在如此高的温度下，这些运动，会产生磁场，我们称之为地质炸药。我们并不完全了解如何做到这一点。我们试着用计算机计算，但这是一个如此极端的环境，我们还不能用计算机计算。有些人也试着在实验室里做同样的事，在实验室里你无法在如此高的压力和温度下获得铁。所以，人们在研究硫磺实验。 So, it's the outer core that's generating the magnetic field. We can understand that it will flip at irregular intervals. Again, how that's all exactly happening - It's something we're still trying to learn about.

克里斯:詹姆斯，我们有磁场，当岩石沉积在海底时，磁场会被写入岩石中，这实际上是我们现在知道构造板块运动的原因之一。不是吗?美国的一些地质调查不是证明了这一点吗?

詹姆斯杰克逊-不，不是。是剑桥的人证明了这一点。1964年，我们部门的两个人。

克里斯-那不是一些剑桥科学家吗?

詹姆斯:是的，你说得很对。是我部门的一些人在1964年发现的。这显然是他们的发现。实际情况是由于磁场的作用，岩浆从海洋中央的火山喷发出来岩浆冷却后形成岩石，其中含有大量的铁这些铁在地球磁场方向上被磁化。所以，如果你能想象一条传送带从海洋中央伸出来，它就像一台录音机。它出来的时候会被磁化成条纹。这些条纹要么是在今天磁场的方向上，要么就像观众中有人说的，磁场翻转了，看起来是相反的。但从根本上说，海洋只是一堆磁化岩石的条纹。

如果你能看到它是如何形成的，如果你愿意，你可以把它倒回去看看大陆是如何移动的。各大洲只是这条传送带上的乘客。所以，如果你能把传送带倒回去，你就能把各大洲带在一起，这就是你如何制作各大洲如何组合在一起的拼图图的方法。

克里斯-凡妮莎·彭曼通过电子邮件与我们取得了联系，并问道:“地球磁场逆转的实际后果是什么?”

亚文-体验一下就不太好了。特别是现在，我们在很多不同的事情上都依赖于磁场。它翻转，而且不是瞬间翻转。它可能需要几百年，甚至一千年。首先发生的是磁场变得越来越小，越来越弱。那就不太好了，因为我们需要磁场，磁场可以保护我们免受太阳辐射。我们用它来导航，鸟也用它。所以，我认为很难想象当磁场翻转时会发生什么。问题是，我们真的不知道它什么时候会发生。它以不规则的间隔发生。 It can be millions of years before we get one and it can be just tomorrow.

西蒙:嗨。我是来自剑桥的西蒙。我们知道内核是一个固体结构，但它周围有那么多的热量，我们怎么知道它是固体的，为什么它是固体的?

嗯，我们知道它是固体的，因为我们用了这些非常非常大的振荡。如果发生大地震，整个地球都会像铃铛一样响。整个地球将缓慢膨胀和收缩，这将持续数天。现在，我们可以听所有的，或者看所有不同的音调，如果你把它看作一个乐器，我们可以做出所有这些不同的测量。如果你想解释它们，只有一种方法，那就是计算我们让内核是固体的。如果我们允许内核是流动的，我们就无法解释我们在这些大地震后测量到的数据。