南极冰芯如何揭示或推翻神秘火山喷发

格陵兰和南极的地球冰盖是过去数十万年气候的宝贵记录。每年降雪、被掩埋并最终成为冰川冰时，它会捕获当时存在的颗粒和气体。我们利用这些记录来研究大气如何变化。

这些冰芯被证明是我们掌握的全球大气二氧化碳水平显著上升的最重要证据之一。然而，冰芯也可以捕捉到大规模事件在地球上留下印记的短暂时刻。

当发生非常大的火山喷发时，它会将火山灰和火山气体抛向高空，有时高达20公里（65,000英尺）。这意味着这些物质可以被平流层风广泛输送，并且根据火山的位置，最终会融入两极的雪和冰中。

通常，这些火山喷发的记录是冰中硫浓度的变化。火山喷发是少数几种能够向大气中注入大量硫导致气候变冷的事件之一。硫最终会随雨水降落，成为冰芯记录的一部分。冰盖中硫记录的峰值与许多大型火山喷发相关。这是我们评估数千年前火山喷发规模的证据之一。

然而，尽管我们认为大规模火山喷发应该在地貌上留下清晰的记录，但冰芯记录中却有许多“孤儿”硫峰。这些峰值尚未与任何已知火山相关联，其中包括过去数千年来最大的一些峰值。一个值得注意的缺失喷发是约公元1450年左右的硫水平峰值。当时显然发生了一次巨大的地质事件，尽管尚未确定肇事者。

那么，这是怎么回事？我们怎么会“错过”地质记录中如此巨大的火山喷发呢？

这归根结底只是一件事：位置、位置、位置。我们不仅需要找到一个曾发生过大规模喷发的火山，而且还需要希望喷发发生在正确的地点，以便有效地将硫扩散到整个平流层，并且喷发物沉积物得以保存并保持暴露（即，未被随后的喷发掩埋）。

对气候影响最大的火山喷发位于热带地区。这是因为它们抛入大气的物质可以最有效地在全球范围内传播。高纬度地区的喷发可能只会改变一个半球的气候，但赤道附近的火山影响可以在全球范围内感受到。

一旦您拥有一根带有硫峰的冰芯，您就需要开始尝试将其与潜在的源火山进行匹配。一种方法就是通过相关性：我在公元1452年左右有一个峰值，我们知道X火山在那个时候发生了一次显著的喷发。许多火山喷发的时间都有一些误差，所以我们认为X火山在1430年左右发生了一次大喷发，误差为±40年，所以它可能是罪魁祸首。

这可能是一个好的开始，但它仍然是相关性。理想情况下，您希望找到记录喷发岩浆成分的火山灰碎片。这是将峰值层与特定火山匹配的好方法，因为火山灰成分可以作为火山指纹。

被认为是15世纪40年代冰芯中发现的大量硫磺峰值罪魁祸首的火山是瓦努阿图偏远火山库瓦埃。硫磺峰值与公元1453年左右短暂的气候变冷时期相吻合，据信库瓦埃可能在公元1430年左右（前后几十年）发生过一次大规模喷发。

然而，关于火山附近发生过真正大规模喷发的证据并不多。这被以下事实复杂化了：库瓦埃淹没在太平洋中，位于两个岛屿之间（上图），所以我们可能寻找的许多证据沉积物都在海底或已消失。

发表在《自然科学报告》上的一项新研究试图平息这场争议。通过观察南极冰芯中罕见的微小火山灰碎片（被称为“隐火山灰”），劳拉·哈特曼等人表明，库瓦埃不太可能是15世纪40年代硫磺峰值的罪魁祸首。

他们使用扫描电子显微镜分析了冰芯中少量火山灰碎片的成分。他们发现火山灰中的二氧化硅含量过高，而铁和钙含量过低，不可能来自库瓦埃。

如果说有任何相似之处，那么这种火山灰的成分最接近新西兰塔拉维拉火山卡哈罗阿喷发产生的火山灰。这是一个确凿的证据吗？不幸的是，那次喷发发生在峰值出现前约150年，所以没有运气。

另一个匹配度很高的是智利南部的冰盖覆盖的雷克卢斯（上图）。我们对这座火山知之甚少——天啊，它大约30年前才被认定为一个独立的火山系统！我们知道它曾产生过一些大型爆炸性喷发，但其19世纪中叶之前的喷发历史尚未被详细探索。然而，根据它喷发的熔岩类型，它过去显然能够产生大规模喷发。

所以，15世纪40年代硫磺峰值的谜团依然存在。偶尔，这些神秘的喷发可以被确定无疑，例如印度尼西亚的萨马拉斯火山与公元1257-8年的峰值，或萨尔瓦多的伊洛潘戈火山与公元539-540年的峰值。

既然15世纪40年代峰值的一些潜在候选者已经确定，研究人员可以回去检查或扩展雷克卢斯或塔拉维拉的喷发年代学，看看它们是否可能就是冰芯记录中捕捉到的那次喷发。即使在今天，试图追溯巨大喷发的来源仍然是一个真正的挑战。