一个火山岛能活多久?

当滚烫的岩柱穿过地球的地幔，刺穿上覆的地壳时，它不仅会形成一个火山岛，而且还会在数百至数千公里长的海底形成一个隆起。随着时间的推移，这个岛屿被下面的构造板块带走了，在它的位置上冒出了另一个岛屿。在数百万年的时间里，这个地质热点可以产生一连串的尾随岛屿，在这些岛屿一个接一个地沉入大海之前，这些岛屿上的生命可能会暂时繁荣起来。

地球上有几十个热点，包括那些产生了夏威夷岛链和加拉帕戈斯群岛的热点。虽然火山岛形成的过程是相似的，但任何岛屿在海平面以上的时间都有很大的不同，从加拉帕戈斯群岛的几百万年到加那利群岛的2000多万年不等。一个岛屿的年龄可以决定那里的生命和地貌。然而，设定岛屿寿命的机制在很大程度上是未知的。

现在，麻省理工学院的科学家们对确定火山岛年龄的过程有了一个想法。在今天发表在《科学进展》杂志上的一篇论文中，他们报告了对世界上14个主要火山岛链的分析。他们发现，一个岛屿的年龄与两个主要的地质因素有关:底层板块的速度和热点烟羽产生的膨胀的大小。

例如，如果一个岛屿位于一个快速移动的板块上，那么它的寿命很可能很短，除非它也像夏威夷一样是由一个非常大的烟柱形成的。导致夏威夷群岛形成的烟柱是地球上最大的烟柱之一，虽然与其他海洋板块相比，夏威夷所在的太平洋板块速度相对较快，但要让它滑向烟柱膨胀的上方需要相当长的时间。

研究人员发现，构造速度和羽流大小之间的相互作用解释了为什么夏威夷群岛比最古老的加拉帕戈斯群岛在海平面以上存在了数百万年之久。相比之下，加那利群岛是世界上最古老的岛链之一，坐落在缓慢移动的大西洋板块上，覆盖着一大片羽毛。

“这些岛链是生物学家长期关注的动态的、孤立的实验室，”该研究的主要作者、前麻省理工学院研究生Kimberly Huppert说。“但除了对单个碳链的研究外，并没有太多的工作将它们与地表以下几千米的固态地球的过程联系起来。”

麻省理工学院地球、大气和行星科学系副主任泰勒•珀伦补充道:“你可以想象所有这些生物都生活在一种由岛屿构成的跑步机上，就像垫脚石一样，它们在进化、分化、迁移到新的岛屿，而旧的岛屿正在被淹没。”“金姆所展示的是，有一个地球物理机制控制着这台跑步机的移动速度，以及岛链在结束前的长度。”

Huppert和Perron与麻省理工学院地球、大气和行星科学教授Leigh Royden共同撰写了这项研究。

一个喷灯沉没

这项新研究是Huppert在麻省理工学院论文的一部分，她在论文中主要研究了火山岛链的地貌演变，尤其是夏威夷群岛。在研究导致岛屿侵蚀的过程中，她在文献中发现了一个关于导致热点岛屿周围海床膨胀的过程的争议。

罗伊登说:“我们的想法是，如果你加热板块底部的一些部分，你可以通过加热使它上升得非常快，基本上就像一个喷灯在板块下面。”

如果这个想法是正确的，那么同样道理，加热后的板块冷却会导致海底下沉，岛屿最终会沉入海洋。但是，在研究世界各地热点链中淹没岛屿的年代时，Huppert发现，岛屿淹没的速度比任何自然冷却机制所能解释的都要快。

“所以大部分的上升和下降不可能是由于加热和冷却，”罗伊登说。“肯定是别的什么东西。”

Huppert的观察激发了研究小组对主要的火山岛链进行比较，希望能找出岛屿上升和下沉的机制——这可能与设定岛屿寿命或海平面以上时间的过程相同。

进化，在跑步机上

在他们的分析中，研究人员观察了世界上14个火山岛链，包括夏威夷群岛、加拉帕戈斯群岛和加那利群岛。对于每个岛链，他们记录下了底层构造板块移动的方向，并测量了板块相对于热点的平均速度。然后，他们在每个岛链的方向上，测量了隆起的开始和结束之间的距离，也就是由下面的地幔柱造成的地壳隆起。对于每一个岛链，他们将膨胀距离除以板块速度，得出一个数字，这个数字代表了一个火山岛在羽流膨胀顶部的平均时间——这应该决定了一个岛屿在沉入海洋之前在海平面上停留的时间。

当研究人员将他们的计算与实际每个岛的14岁链,包括群岛早已沉入海平面以下,他们发现很强的相关性之间的时间在膨胀和典型的时间群岛仍高于海平面。他们的结论是，火山岛的寿命取决于下层板块的速度和火山烟羽的大小，或者火山烟羽产生的膨胀。

Huppert说，设定岛屿年龄的过程可以帮助科学家更好地了解生物多样性，以及不同岛链之间的生命是如何不同的。

Huppert说:“如果一个岛屿长时间高于海平面，那就为物种形成提供了很长的时间。”“但如果你有一个岛链，那里的岛屿淹没速度更快，那么这将影响动物向邻近岛屿辐射的能力，以及这些岛屿的人口分布。”

研究人员认为，从某种意义上说，构造速度和羽流大小的相互作用促成了我们对进化的现代理解。

罗伊登指出:“你看到的是固体地球的一个过程，这导致了加拉帕戈斯群岛是一个非常快速移动的跑步机，岛屿移动非常快，没有很长时间可以被侵蚀，这就是导致人们发现进化的系统。”“所以从某种意义上说，这个过程确实为人类弄清楚进化是怎么回事奠定了基础，通过在这个微观世界里进行。如果没有这个过程，加拉帕戈斯群岛没有这么短的停留时间，谁知道人们要花多长时间才能弄明白。”

这项研究部分得到了NASA的支持。