在俄罗斯托尔巴奇克火山，本·爱德华兹正站在他挖的雪坑中，与即将到来的熔岩齐平，他希望自己的世界在接下来的几分钟内不会剧烈爆炸。
在观察熔岩在冰雪上滚动数年后，宾夕法尼亚州狄金森学院的火山学家爱德华兹了解到自己可能是安全的——在这个地方，火山的炽热岩石很少引发通常在熔岩遇到水时发生的那种爆炸。
挖完雪坑后，爱德华兹爬出来，等待水开始从深壁中渗出。“在托尔巴奇克没有明显的融水，所以我们认为水会立即从[熔岩-雪]界面排出，流到雪下，”爱德华兹说。
支持科学新闻报道
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报道 订阅。通过购买订阅，您将帮助确保关于塑造当今世界的发现和想法的有影响力的故事的未来。
了解雪山火山如何产生融水将有助于科学家更好地预测所谓的冰川火山喷发造成的洪水，这是一个重大危险。最严重的自然灾害之一是来自华盛顿州雷尼尔山等冰雪覆盖的城市火山的特大洪水。1996年，在冰岛，格里姆斯沃滕火山融化了其上覆冰川后，一场名为jökulhlaup的突发洪水摧毁了部分国家高速公路。
但对于爱德华兹来说，在火与冰的极端环境中工作不仅仅意味着预测未来的危险。他也是少数几位开辟新方法来理解过去冰河时代的地质学家之一——他们借助火山穿过古代冰盖的喷发。
“这些火山具有独特的特征，我们可以用它们来了解过去1000万到1500万年地球气候发生了什么变化，”爱德华兹告诉生命科学的《我们的神奇星球》。[火与冰：火山与冰相遇的图像]
当火遇到冰
地球大部分气候历史来自海底，来自保存在泥浆和微观海洋生物中的化学特征。钻入海底可以为研究人员带来含有数百万年自然温度波动的岩芯。（即使在冰河时代，地球温度也会略有波动。）但是，将这些泥泞岩芯与陆地上的冰川进退相匹配，由于冰川本身而变得复杂。
像巨大的橡皮擦一样，冰川在缩小和增长时会擦除其大部分过去运动的记录。在北美，地质侦探只能找到过去几个冰川周期的记录。而留下的瓦砾堆可能无法确定准确的年代，这对于将冰川历史与海洋气候记录相匹配至关重要。
让我们看看被称为平顶火山的奇怪火山。
平顶火山就像小图钉，标记着冰覆盖陆地的时间和地点。尽管每个平顶火山的喷发时间可能相隔数千年，但重建其历史正在为大陆冰盖的进退提供新的见解。
“它们充当着消失的冰潮标记，而这种信息以任何其他形式都不存在，”苏格兰开放大学的火山学家戴夫·麦加维说。
想象一下一座看起来像高耸的烘焙蛋糕的火山，侧面陡峭，顶部平坦。对于训练有素的人来说，底层的形成显然是在水下。这些岩石是球状枕状熔岩和爆炸的熔岩玻璃，称为玻质碎屑岩。但顶部的“糖霜”是一种看起来正常的熔岩流，就像在空气中冷却的熔岩流一样。
在 20 世纪 40 年代，一位加拿大地质学家首先弄清楚了这种奇怪的岩石堆是如何出现的。这座顶部平坦的火山，被称为图亚布特，是在曾经覆盖不列颠哥伦比亚省大部分地区的早已消失的冰盖下喷发的。首先，火山热融化了冰，产生了底层，称为枕状熔岩。随着冰层变薄并形成一个小型融水湖，上覆压力减小，熔岩有了爆炸的空间。
“一块玄武岩可以融化大约10到14倍自身体积的冰，所以在喷发过程中，你会看到大量的水非常非常迅速地出现，”麦加维说。
限制性的冰层将一切堆积成一座陡峭的山丘。当火山足够高以至于可以冲破冰盖时，熔岩可以在空气中冷却，形成平坦的顶部。（如果流出的熔岩足够多，火山将在顶部形成传统的锥形。）
“想象一下，这个看起来很棒的岛屿坐在这个被冰墙包围的护城河中，”麦加维说。“当一切都融化时，你会留下一座顶部平坦的山。”
冻结在时间里
平顶火山的优点在于，其坚硬的岩石保留了冰盖的高度，即使冰川可能会磨损火山。从水位线到空中熔岩的过渡就像浴缸内部留下的环一样。熔岩中的微小矿物提供了精确的年代。[图片库：野性火山]
“每次火山喷发都会给你一张冰的照片，”英国莱斯特大学的火山学家约翰·斯梅利说。
在加拿大西部，过去数千年中有数十座火山喷发，地质学家正在用熔岩拼凑出北美冰盖的过去厚度，并将其与海洋岩芯联系起来。例如，海洋岩芯通常通过海洋沉积物中氧同位素（原子具有不同数量的中子）的变化来关联。爱德华兹现在可以指出不列颠哥伦比亚省的一座火山，并说在与寒冷地球相对应的某个海洋同位素阶段，陆地上的冰至少有 300 米 [985 英尺] 厚。
“有了这些火山，我们就有 200 万年的记录，”爱德华兹说。“我们有一些火山喷发了 10 到 15 次。它不是连续的，但我们可以开始考虑冰的厚度是否始终相同，”他说。
“这对于进行大规模气候模型的人来说很重要，因为他们的冰盖生长和消失的模型实际上没有多少检验。这类研究提供了建模者可以使用的点，而且他们最好在不列颠哥伦比亚省的火山中拥有厚达一公里的冰，”爱德华兹说。
麦加维说，在冰岛，平顶火山被称为桌山，冰川火山记录还可以提供北极圈以南的冰盖年表。今天，冰岛一半以上的冰川位于火山附近或直接流过火山。
麦加维还在智利攀登火山，以估计热带冰的过去厚度并将其与海洋气候记录联系起来。作为巴塔哥尼亚冰原的一部分，这些冰川曾经更加广阔，科学家认为它们的扩张和收缩提供了过去气候变化的敏感记录。
最初的G-V
斯梅利说，在南极洲这个地球上大部分冰川火山的家园，过去的喷发已经解决了近几十年来冰盖最棘手的问题之一。
“30 年来，人们一直在争论南极洲东部冰盖何时从相对温暖且可移动的冰盖转变为相对寒冷且稳定的状态，”斯梅利告诉生命科学的《我们的神奇星球》。
为什么这很重要？底部温度较高的冰盖对变暖的气候反应更快，这意味着南极洲东部的大型冰川可能很快会转变为快速流动的模式，迅速抬高海平面。
斯梅利和他的同事通过检查维多利亚地（包括横贯南极山脉的大部分地区，该山脉分隔东西南极洲）的火山岩，研究了冰盖在温暖和寒冷的气候波动中的过去历史。[图片：雄伟的横贯南极山脉]
斯梅利说：“在冰盖下喷发的火山有很多独特的特征，我们可以确定冰盖[底部]有多温暖。”
他们发现双方都不对。在过去的 1200 万年中，南极洲东部并非完全温暖或寒冷。相反，冰盖的底部在其整个历史中都是不均匀的。该研究结果于 2014 年 1 月发表在《地质学》杂志上。
“如果全球气温升高 3 摄氏度（或 5.4 华氏度），[南极洲东部]不会崩溃，”斯梅利说。
日益增长的兴趣
虽然冰川火山活动正引起科学家们日益增长的兴趣，但其专家表示，在探索和解释火山-冰相互作用方面仍有许多工作要做。
在托尔巴奇克，爱德华兹正在研究一座现代火山，以便更好地解释加拿大火山在冰川下喷发时形成的奇怪形状。
当熔岩在冰雪上、下和旁边流动时，它会冻结成令人惊叹的图案，而现代喷发为这些图案的形成方式提供了线索。“我的大部分职业生涯都在试图进行法医研究，所以实际观察熔岩进入冰中并观察纹理的形成非常有启发性，”爱德华兹说。
“我认为我们正处于人们开始真正拆解这些古老火山的爆发的边缘，”爱德华兹补充道。“有很多地方没有人研究过这些沉积物。”
斯梅利希望这个新兴领域有一天能为气候模型提供更好的约束。
他说：“对我来说，一个非常重要的目标是，人们已经很合乎逻辑地将冰盖的消长与全球海平面联系起来，但没有人真正掌握任何一个时间点融化的冰的实际体积。我希望冰火山作用能够为我们提供过去冰层厚度更为严谨和真实的数据。”
版权所有 2014 LiveScience，TechMediaNetwork 公司。保留所有权利。 本材料不得出版、广播、改写或重新分发。