長期以來，地球科學家認為，水與地殼中的淺層岩漿是火山爆發的主要原因。然而，得益於康奈爾大學新開發的研究工具，科學家們了解到氣態二氧化碳也能引發火山爆發。一個新的模型表明，通常出現在構造板塊內部區域的玄武岩火山，其燃料來自地幔深處的岩漿，位於地球表面下約20 至30 公里處。

這項研究更清晰地展示了地球深層的內部動態和組成，對改善火山災害規劃具有重要意義，研究成果最近發表在《美國國家科學院院刊》上。

資深作者、康奈爾大學工程系地球與大氣科學系Charles N. Mellowes 工程學教授Esteban Gazel 說：”我們過去一直認為所有的活動都發生在地殼中。我們的數據意味著岩漿直接來自地幔–快速穿過地殼–由二氧化碳的外溶解（氣體與液體分離的過程階段）驅動。”

Gazel說：”這完全改變了之前所認為的火山爆發的模式。所有的火山模型都是以水為主要噴發動力，但水與這些火山的關係不大。是從地球深處帶來岩漿的是二氧化碳。”

大約四年前，加澤爾和22 歲的博士夏洛特-德維特（Charlotte DeVitre，現為加州大學伯克利分校博士後研究員）為拉曼光譜（一種通過顯微鏡檢查散射光子的設備）開發了一種高精度二氧化碳密度計（在一個微小的容器中測量密度）。

自然樣本富含二氧化碳的微小氣泡被困在火山噴發產生的晶體中，研究人員通過拉曼光譜進行測量，並應用新開發的密度計進行量化。從本質上講，科學家們正在研究一個微型時間膠囊，以提供岩漿的歷史。這項新技術對於近乎實時地精確估算岩漿儲量至關重要，加澤爾的研究小組在2021 年加那利群島拉斯帕爾馬斯火山爆發期間對這項技術進行了測試。

此外，科學家們還開發了評估激光加熱對富含二氧化碳的包裹體（發現包裹在晶體中）的影響的方法，以及精確評估熔融包裹體和氣泡體積的方法。他們還開發了一種實驗再加熱方法，以提高精確度，並適當考慮氣泡內碳酸鹽晶體中捕獲的二氧化碳。

Gazel說：”開發和儀器設計的方法極具挑戰性，尤其是在大流行病最嚴重的時期。”

利用這些新工具，科學家們仔細檢查了大西洋塞內加爾以西佛得角佛戈火山的火山沉積物。他們發現，鎂鐵矽酸鹽晶體中包裹的微小熔體包裹體中含有高濃度的揮發性物質。晶體中較高的二氧化碳含量表明，岩漿儲存在地表以下數十公里處–地球的地幔中。

研究小組還發現，這一過程與供應這些火山的深地幔源有關。論文稱，這意味著像福戈火山爆發這樣的火山噴發是從地幔開始和供給的，有效地繞過了地殼中的儲存，並由深層二氧化碳驅動。

“這些岩漿粘度極低，直接來自地幔。因此，在這裡，粘度和水不能像在較淺和/或較矽（富含二氧化矽）的火山系統中那樣發揮常見的作用。相反，在福戈火山，岩漿必須在二氧化碳的推動下快速上升，這很可能在其爆炸行為中起到重要作用。這是我們了解玄武岩爆炸性控制因素的重要一步”。

同時也是康奈爾大學阿特金森可持續發展中心研究員的Gazel說，了解岩漿儲存有助於為未來的火山爆發做好最佳準備。

他說：”由於在熔體接近地表之前，深層岩漿儲存不會被地面變形探測到，這對我們了解火山災害有重要影響。我們需要了解這些火山爆發的驅動因素。現在看到這些過程的唯一方法是觀測地震，但地震並不能告訴你到底發生了什麼。有了精確的測量，告訴我們火山爆發從哪裡開始，岩漿在哪裡融化，在哪裡儲存，以及是什麼觸發了火山爆發，我們就能為未來的火山爆發制定更好的計劃。”