巨大而黑暗的海浪将我们的研究船从一侧摇晃到另一侧。《福尔克》号长 83 米，重达 2000 多吨，但一场刚与我们擦肩而过的西伯利亚风暴仍在搅动着海面。坐在主甲板的科学实验室里，我正努力不让咖啡洒到我的海底地图上。
那是 2015 年 10 月中旬，我们位于西北太平洋，在日本以东约 1600 公里处。我不止一次地看着一张地图，地图上显示了沿着塔穆地块周围海底的略微平行的条纹，塔穆地块是一座巨大的古代火山。每条条纹都指示了一片海底是如何被磁化的——正向或负向——但这种模式与我之前认为的塔穆地块的喷发方式不符。
突然，一个巨浪猛烈撞击了《福尔克》号，发出巨大的砰砰声，震动了我，就在这时，我意识到我一直忽略了什么。我研究这座火山已经超过二十年了。我发表了权威论文，为这座火山命名并解释了它的历史。所以我的顿悟只是一部分是“尤里卡！”时刻；另一部分是荷马·辛普森的时刻：“哎呦！”我过去的想法，以及所有其他人的想法，关于这座火山是如何形成的，都是错误的。
支持科学新闻事业
如果您喜欢这篇文章，请考虑通过以下方式支持我们屡获殊荣的新闻事业 订阅。通过购买订阅，您正在帮助确保未来能够继续讲述关于塑造我们今天世界的发现和想法的有影响力的故事。
塔穆地块非常特别。它宽约 430 公里，长 600 公里，覆盖面积与新墨西哥州相似。它的体积比夏威夷岛上的莫纳罗亚火山大 50 多倍，但它基本上是平坦的。它宽阔的坡度从中间向边缘倾斜约一度，而典型的海底火山的倾斜度为五到十度。想象一下，整个足球场都被一块绷紧的灰色防水布覆盖，中间用一根仅 60 厘米高的棍子支撑着。
这座火山是地球上最大的海洋高原之一：沙茨基海隆的主要山脉。然而，山顶仍然在海面以下约 1980 米。大多数海洋高原由玄武岩构成，这意味着大量的岩浆从地幔上升，穿过地壳，挤压到海底并向外倾泻。虽然塔穆地块的形状似乎反映了这种喷发过程，但我自 2015 年以来收集的数据表明，事实并非如此。
这一新见解意味着科学家们误解了数十座巨大的水下火山是如何创造了地球当前海底 5% 以上的面积的。的确，我们偶然发现了一种全新的火山类型。
如果塔穆地块或其近亲之一再次喷发，可能会使太平洋变得更酸性，杀死各种海洋生物。它还可能向海洋和大气释放大量温室气体。当我们回顾历史时，似乎西南太平洋的翁通爪哇高原等类似火山的喷发与广泛的低氧海洋条件相对应。最后，虽然我受到我们正在改写关于海底形成的想法这一事实的鼓舞，但我也必须接受一个残酷的现实：塔穆地块，这个曾被誉为“地球上最大的盾状火山”的火山，不再配得上这个称号。
一片蛋糕
塔穆地块大约在 1.45 亿年前的数百万年间逐渐形成。在那段时间里，地球的磁场以不规则的间隔反转了几次，在海洋地壳中留下了明显的磁条纹。
我的第一篇关于塔穆地块磁性历史的论文发表于 1993 年，当时我在德克萨斯 A&M 大学——“塔穆”的由来（地块在法语中意为“巨大的”）。在论文中，我得出结论，这座火山一定是短时间内一次喷发事件形成的：一个直径数百公里的巨大岩浆团从地幔上升，扩散到海底。大规模的喷发导致滚烫的玄武岩洪流沿着堆积的斜坡流下，形成了一层宽阔、略呈圆顶状的新地层。随后的喷发会添加更多的层，形成类似于层层蛋糕的东西，最古老的玄武岩层在底部，最年轻的玄武岩层在顶部。在陆地上，这通常是盾状火山的形成方式。其他专家对世界上最大的海洋高原也有类似的看法：翁通爪哇高原和南印度洋的凯尔盖朗高原。
图片来源：Jen Christiansen；资料来源：《古地磁场的时间尺度》，D. V. Kent 和 W. Lowrie 著。J.E.T. Channell 等人编辑。美国地球物理联合会，2004 年（时间线）
在进行了更多的考察以进一步绘制塔穆地块的地图并采集其玄武岩样本后，2013 年，我和我的同事在《自然地球科学》杂志上发表了一篇论文，指出塔穆地块是一座巨大的盾状火山。很快，媒体宣布我们科学家发现了“世界上最大的盾状火山”。
这个最高级总是让我感到难为情。我试图告诉记者，我们并没有发现塔穆地块（那发生在 20 世纪初），而且还有更大的海洋高原。但还有一些事情困扰着我：磁条纹的模式对于一个像层层蛋糕一样形成的宽阔盾状火山来说很奇怪。
如果你戴上能显示磁性的眼镜从太空俯瞰太平洋海底，你会看到到处都是平行的条纹。但在火山处，你会期望看到一个巨大的飞溅痕迹，因为从中心喷出的熔岩会中断这种模式。由于没有这样的眼镜，我一直在海上收集磁场数据。我在《福尔克》号上的“尤里卡！”时刻发生在当我清楚地看到塔穆地块上确实有一条宽阔的连续条纹时。
塔穆地块形成于三叉路口——三个构造板块交汇的地方，就像三个巨大的楔形物汇聚于一点。当其中两个板块分离时，它们的边界处出现裂缝。岩浆渗出以填充空隙，并凝固成玄武岩。随着板块远离中心，新的条带沿轴线撕裂并拉开，更新的岩浆填充了更新的空隙。
这个过程一遍又一遍地重复。塔穆地块根本不是像层层蛋糕那样建造的。相反，想象一下，一块薄片蛋糕被水平拉开，新的蛋糕填充了中间形成的裂缝。这块蛋糕随后被拉开，更新的蛋糕填充了更新的裂缝，依此类推。如果新的蛋糕条带在巧克力和香草之间交替，随着时间的推移，就会形成条纹图案。在塔穆地块上，正负磁条纹与这种模式相对应。
图片来源：克雷格·泰勒，《地图狂人》（地图）；Jen Christiansen（插图）
然而，这种解释存在两个物理问题。塔穆地块东南象限的条纹逆时针旋转了 90 度。事后看来，造成这种情况的原因似乎有点明显。随着塔穆地块随着时间的推移而喷发，东北方向的一块板块断裂并移动，导致靠近三叉路口的一个区域旋转了 90 度。这个区域就是塔穆地块形成的地方。意识到塔穆地块背后的条纹是一个扩展的磁异常是我的“哎呦！”时刻。
第二个问题是，在薄片蛋糕模型中，每个新形成的蛋糕条带的高度都应该与被拉开的现有蛋糕的高度相同。但塔穆地块中间最厚。我认为这种结构形成是因为中心熔化在一段时间内增加，形成了更高的地壳。
塔穆，再来一次
我和我的同事收集了大量的海底数据和从该区域玄武岩中钻取的岩芯样本，这些数据和样本正在帮助我们说服其他科学家相信我们的解释是正确的。我们对塔穆地块的新理解彻底改变了海洋高原形成方式的观点。从其他一些海洋高原——那些我们有足够的磁性数据来绘制条纹地图的海洋高原——的观测结果表明，许多海洋高原的形成方式类似。在板块分离处形成的高原一定是火山的一个新类别。这意味着海洋高原是由长玄武岩熔岩流形成的巨型盾状火山这一广为接受的假设是不正确的。
为什么我们之前会搞错情况？塔穆地块不是经典的盾状火山，这有什么关系吗？我们错了，因为海底火山隐藏在数千米的水下，所以我们从零碎的数据中拼凑出一个画面。想象一下，试图仅从一颗牙齿和一块脚趾骨重建恐龙。你会尝试根据你对其他恐龙的了解将它们连接在一个图中，但如果你的假设不正确，那么画面也会不正确。塔穆地块不再是地球上最大的盾状火山，因为它不是盾状火山。我们假设它的形成方式与其他火山相同，但这是一个糟糕的假设。相反，我们发现了一个新的火山山脉家族——对地球上巨大地貌如何形成的一种新解释。而且海底有数十座这样的火山。
科学家们总是试图理解事物是如何形成的。那是我们的目标——即使它推翻了我们自己之前的发现。我们对塔穆地块的全新理解让我可以说，“我们终于搞清楚了。”这可能不如“世界最大”那样引人注目，但我对此感到更快乐。