爱琴海的鸟瞰图，显示了古代火山爆发形成的火山口。（图片来源：/Manuel Breva Colmeiro，盖蒂图片社）
（奇点天文dprenvip.com）据IDES Resolution的甲板上，看着船员们拉起一根30英尺（10米）长的圆柱形管子，里面装满了从我们船下海底钻来的分层、多彩的岩石和沉积物。
2022年冬天，作为IODP Expedition 398的一部分，我乘坐国际海洋发现计划的JOIDES Resolution在爱琴海南部巡航了两个月。我和我的地质学家同事们使用这艘前石油勘探船深入海底，揭示了希腊圣托里尼海岸附近地区的火山历史。
作为一名研究火山岩化学的科学家，我利用自己的专业知识将火山沉积物与导致它们的喷发联系起来，并了解岩浆在火山下方深处和喷发过程中所经历的条件。
我们的探险队对海底的钻探揭示了50多万年前发生的一次大规模但以前未知的火山爆发。这一发现扩大了我们对南爱琴海火山弧火山链中火山活动的理解，这将有助于对该地区进行更准确的危险分析。
构建更完整的火山历史
考古学家长期以来一直对公元前1600年左右圣托里尼青铜时代晚期的火山爆发着迷。这次喷发与附近克里特岛的米诺斯文明衰落有关。地质学家对该地区也有着浓厚的兴趣，因为该地区火山和地震活动的波动性，该地区约有15000名居民，每年吸引约200万游客。
尽管圣托里尼火山有大量的陆上记录，但科学家们知道这些记录是不完整的。在陆地上，侵蚀、植被和其他喷发事件往往覆盖或掩盖了较古老的火山沉积物，导致历史支离破碎。IODP的JOIDES决议支持的深海钻探使研究人员能够获得很少在陆地上保存的地质记录。
火山喷发后，火山碎屑物质——喷发过程中形成的岩石和火山灰——通过水柱沉积在海底。在那里，粘土和生物物质，如微小海洋生物的外壳，不断地下降，覆盖了火山岩沉积物。这个过程将单个喷发的记录保存为单层。随着时间的推移，每一次连续的火山事件都会对该地区的火山历史产生近乎连续的年代学记录。
第398远征队的任务是获取这一深海记录，以记录每个火山活动集中地区的火山爆发的广泛历史。
JOIDES Resolution在爱琴海南部巡航，包括圣托里尼火山口内的卡梅尼群岛附近，这些火山口是由火山爆发造成的。（图片来源：/Thomas Ronge）
IODP探险队398
IODP Expedition 398收集了钻孔岩芯，以更好地了解该地区圣托里尼、克里斯蒂安娜和科伦博火山的火山历史和复发间隔。JOIDES Resolution团队钻探了12个地点，最大深度为海底以下2950英尺（900米）。我们在780多个岩芯中回收了11000多英尺（3356米）的岩芯。
当技术人员将岩芯切割成4.5英尺（1.5米）的部分时，科学家们会聚集在一起，看看回收了什么材料。在将核心带到表面压力后，研究小组将它们纵向分割，拍摄照片，分析它们的物理性质，如磁化率，并描述材料。岩心描述者测量并记录其中包含的每个岩石单元的地质组成。
作为地球化学实验室的负责人，我采集了多层火山岩和火山灰的小样本，将其溶解在溶液中并分析其微量元素组成。在喷发过程中，岩浆结晶并与所接触的水和岩石中的元素混合。岩浆中由此产生的化学变化是特定喷发条件所特有的。因此，一旦我弄清楚了矿床样本的化学成分，我就可以确定它们的火山起源。
我们的发现：考古凝灰岩
在探险期间，我们的研究小组在几个不同的盆地的多个地点发现了一层厚厚的白色浮石。船载生物地层学将该层的每次出现时间定为相同的年龄：在51万至53万年前。地球化学相关性表明，钻孔中的成分也是相同的。
在这些盆地中找到相同的层，使我们的研究团队能够模拟导致火山爆发的规模。我们使用探险期间收集的地震数据确定火山沉积物的体积约为21立方英里（90立方公里），某些地方的厚度高达490英尺（150米）。此外，我们确定这层火山岩分布在爱琴海南部1100平方英里（3000平方公里）的地区。
我们的团队将这个矿床命名为Archaeos Tuff，来自希腊语archea，意为古代。这个名字反映了这块岩石的希腊起源，以及它比我们所知道的陆地上的大部分火山活动要古老得多的事实。
根据考古凝灰岩的特征，我们可以了解形成它的火山喷发的性质。它的厚度和大面积分布表明，考古凝灰石是一次高强度喷发的结果。岩石中的众多囊泡或小孔表明，大量气体与液态岩浆同时释放。这些小气泡描绘了一幅强烈喷发的画面，其中大量挥发性气体很快被释放出来。
然而，尽管其规模和凶猛程度显而易见，但这次喷发与之前已知的陆地沉积物或大型喷发无关。陆地上物质的相对缺乏表明主要是海底喷发。一旦我们知道我们在寻找什么，我们的团队就能够将我们新发现的深海火山沉积物层与圣托里尼岛、克里斯蒂安娜岛和阿纳菲岛上一些以前不相关的小型陆地沉积物相匹配。这些沉积物的存在表明火山爆发期间海面出现了一些破裂，这再次符合我们对高能火山爆发的看法。
对考古凝灰岩的成分和年龄的进一步研究证实了这次喷发留下的岩石矿床的独特性质。根据我们收集的数据，我们的团队认为考古凝灰岩是青铜时代米诺斯火山喷发的六倍，留下的岩石沉积物厚30倍。如此大规模的火山沉积物的存在告诉我们，南爱琴海火山弧比科学家之前认识到的更能产生大规模的海底火山爆发。
确定考古凝灰岩扩展了我们对爱琴海南部火山过程的了解。这表明，危险的海底火山活动比以前意识到的更容易发生，官员们需要重新评估火山活动对周围人口的危害。
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