大約3600年前，愛琴海南部一座半淹沒式火山的爆發摧毀了聖托里尼島，將火山灰、岩石和氣體注入大氣，並在海底的階地上沉積了數公里的沉積物。根據不列顛哥倫比亞大學的新研究，青銅時代的水下火山噴發在海底留下的材料正在幫助研究人員更好地理解其母體噴發的規模、危害和氣候影響。

這場災難性的噴發，以及其他類似的噴發，傳統上都與氣候的突然轉變有關。但是最近的水下火山爆發，如2022年的Hunga Tonga-Hunga Ha’apai火山爆發，對氣候的影響不大，使這一理論受到懷疑。

現在，一項對聖托里尼古火山沉積物的多年研究正在解開這些形成大規模火山口的噴發的本質，並為未來的噴發如何影響地球的氣候提供新的線索。

半淹沒式火山噴髮留下的梯田沉積物是一種指紋，概述了噴發期間發生的事情，沉積波的大小，以及波與水和海底的互動。

在大規模噴發期間，火山噴發柱作為火山灰、岩石和氣體的噴射物穿過淺海，上升到幾十公里的大氣中。但是，這些材料究竟是如何以及有多少被送到海面或地面的，仍然不清楚。

不列顛哥倫比亞大學（UBC）研究員Johan Gilchrist博士說：”我們已經證明了空中和水下環境中的火山沉積物的結構可以用來定量地約束那裡發生的噴發的動態，包括噴口來源和環境條件，”該研究發表在《自然-地球科學》上，他是主要作者之一。

“該研究還提供了關於噴發強度、噴射高度以及與階梯狀沉積物相關的沉積波的頻率和大小的關鍵下限。這將幫助我們預測這些形成火山口的噴發過程中的危害演變，並理解類似事件對氣候的影響小得令人驚訝”。

與UBC地球和行星科學家Mark Jellinek博士一起，Gilchrist博士分析了留在聖托里尼火山口周圍的同心梯田–歷史上被稱為米諾斯火山爆發。他們發現，梯田的寬度隨著與噴口距離的增加而減少，並向破火山口壁傾斜，這與其他梯田的破火山口沉積物一致。靠近破火山口壁的梯田也比那些在純粹的海底或空中噴發的破火山口中發現的梯田寬得多。在淺水海底噴發期間，沉積波在火山噴流周圍週期性地塌陷，在那裡影響到水面。

為了驗證這一假設，研究人員將顆粒注入淺水層，以模仿海底米諾斯火山噴發的情況。實驗證明，由淺水噴發引起的下降的沉積波可以在海面上沖擊和擴散，形成海嘯，也可以沖刷海底，這取決於噴發強度和水深。階梯狀的沉積物留下了一個指紋，概述了噴發期間發生的事情，沉積波的大小，以及它們如何與水和海底互動。

Jellinek博士說：”這項研究發現的局限性將指導下一代水火山氣候模型，旨在了解像Hunga Tonga-Hunga Ha’apaii–以及地質記錄中最大和最令人印象深刻的火山現象的質量分割特性如何將其對氣候變化的影響降至最低。”

沒有參與這項研究的梅西大學的火山學家Gert Lube博士補充說：”就三個海底破火山口形成的噴發而言，這項研究首次提供了礦床結構和母體噴發條件之間的直接關係。這項研究的結果是耐人尋味的，可能會擴展到非海洋的、形成火山口的和較小的噴發事件。”