Science.org · 2025-01-28

庞贝火山爆发的分钟级复现：揭示公元79年维苏威火山喷发的详细过程

摘要

公元79年维苏威火山爆发摧毁了庞贝和赫库兰尼姆两座古城，造成数千人死亡。最新研究通过地质学和历史记录的结合，在2000平方公里范围内采集876个样本，首次重建了这场持续32小时的灾难性喷发过程的详细时间线。研究揭示了从火山碎屑雨到火山碎屑流的完整演化过程，为理解古代火山喷发机制和现代防灾减灾提供了重要科学依据。

内容框架与概述

维苏威火山爆发是人类历史上最著名的自然灾害之一，但长期以来，科学家对这场灾难的具体过程缺乏精确的时间线记录。这项突破性研究填补了这一空白，通过大范围的地质调查和精细的样本分析，结合当时小普林尼等人的历史记载，科学家成功重建了喷发的每个阶段。

研究团队在维苏威火山周围2000平方公里的区域内进行了系统性调查，采集了876个火山沉积物样本，通过测量喷发物的分布范围和堆积体积，精确推算出不同阶段喷发的强度和持续时间。这种方法将地质学的定量分析与历史学的定性描述完美结合，使得科学家能够以分钟级的精度还原这场古代灾难。

研究显示，喷发过程可以分为多个明显阶段。初始阶段以火山碎屑雨为主，大量浮石和火山灰从高空坠落，在庞贝城内堆积厚度达270厘米，直接压垮了许多建筑的屋顶，造成首批伤亡。随后，火山喷发柱高度达到34公里，超过大多数商用飞机的巡航高度，这个高度对全球气候和现代航空安全都具有重要启示意义。

喷发后期，最致命的火山碎屑流开始形成。这些高温、高速移动的气体和岩石混合流沿火山坡快速下滑，所到之处一切都被摧毁和掩埋。研究精确记录了这些碎屑流的形成时间、移动路径和影响范围，为理解火山喷发的致命机制提供了关键数据。整个喷发过程在第二天凌晨达到顶峰，最终在晚上8:05完全结束。

核心概念及解读

火山碎屑雨：这是喷发初期的主导现象，指从火山喷发柱中坠落的固态火山碎屑，包括浮石、火山灰和岩石碎片。在庞贝喷发中，碎屑雨持续时间长、堆积厚度大，是造成建筑破坏和人员伤亡的主要原因之一。这一阶段的特点是物质从高空自由落体，相对火山碎屑流而言速度较慢，但持续时间长、覆盖范围广。

火山喷发柱：指从火山口垂直上升的炽热气体和火山碎屑混合体。在庞贝喷发中，喷发柱高度达到34公里的平流层高度，这个高度决定了喷发物的扩散范围和可能的气候影响。喷发柱的稳定性与塌陷是决定喷发类型的关键因素——稳定的喷发柱主要产生火山碎屑雨，而不稳定的喷发柱塌陷后会形成致命的火山碎屑流。

火山碎屑流：这是火山喷发中最致命的现象，指沿火山坡快速下滑的高温气体和火山碎屑混合流，温度可达数百摄氏度，速度可达每小时数百公里。研究通过对沉积物的精确分析，重建了这些碎屑流的形成时间、移动路径和破坏范围，揭示了它们如何最终掩埋了庞贝城，造成数千人死亡。理解火山碎屑流的形成机制对于现代火山灾害预警和疏散规划具有重要意义。