火山喷发是地球上的重大地质灾害之一。一些火山喷发出的火山灰高达几十公里，直抵平流层，可影响天气变化，火山灰形成的降尘也会给当地民众造成极大的生活困难。在地质历史时期，火山灰是“诊断”地球古老地层绝对年龄的最佳材料，而地层的绝对年龄又是破译地球系统演化的关键密码。

2020年1月12日，菲律宾塔尔火山喷发（图片源自网络）

火山灰由微小碎屑颗粒组成，颗粒极细的火山灰颗粒小于125 微米，与细颗粒碎屑沉积物形态特征相近。因此，仅有小部分由大量火山灰固结形成的火山凝灰岩可在野外观察中识别出，而大部分含火山灰的碎屑沉积地层难以凭肉眼直接鉴定。

如何捕捉古老地层中的火山灰信号？科学家们带着野外采集的疑似火山灰样品走进实验室，试图通过火山玻璃进行识别。火山玻璃是火山喷发出的熔岩，迅速冷却尚未结晶的一种玻璃质结构岩石，但相关实验耗时长且价格昂贵，不适合广泛推广。火山喷发物质含有大量磁性矿物，它们常以填隙物或包裹体的形式存在于火山灰中，不易被环境破坏，与普通碎屑沉积岩可能存在不同。因此，可以考虑利用快捷便宜的岩石磁学方法去识别火山灰。

究竟哪种岩石磁参数捕捉火山灰最灵敏、有效呢？

云南剑川盆地火山岩考察

剑川盆地风化状火山岩（粗面岩）

剑川盆地中性火山岩显微照片，不透明磁性矿物属金属矿物，在显微镜单偏光下呈黑色，在反射光下呈亮灰色

云南曲靖始新世巨厚火山凝灰岩

丝路环境专项项目七中国科学院青藏高原研究所新生代环境团队颜茂都研究员及其合作者多次赴云南剑川和曲靖考察。

在云南省曲靖县蔡家冲盆地距今3500多万年前的始新世河湖相沉积地层中，出露有厚度多达3米的灰白色厚层火山凝灰岩；在剑川县的双河煤矿附近发育的同期河湖相沉积地层中，出露了多层火山岩。经过详细的调研、讨论和采样，团队成员决定通过构建“火山岩—火山凝灰岩—沉积岩”的对比序列，寻找可以识别地层中火山灰的最灵敏和有效的岩石磁学参数。

团队对这三类样品从磁性矿物的种类、含量和粒径三个方面开展了系统的岩石磁学参数对比研究，结合岩相学、地球化学等方法，探究了火山灰区别于沉积岩最显著的岩石磁学特征。

研究发现，上述三方面相关的大量磁学参数中，反映火山灰中超细磁性矿物的低温频率磁化率参数显著区别于普通沉积岩，可以作为捕捉云南地区火山灰的有效指标。该指标所需样品前处理简单、测试快速，相比于利用火山玻璃的鉴别方法，大大提高了实验室识别火山灰的效率。

该成果3月2日在线发表于《地球物理研究：固体地球》（Journal of Geophysical Research：Soild Earth），是依靠当前岩石磁学测试技术，首次构建“火山岩—火山凝灰岩—沉积岩”对比序列、系统的从岩石磁学角度鉴定火山灰。该研究可为解决青藏高原东南缘乃至其他地区的构造和古环境演化等研究的年代学问题提供技术支撑。中科院青藏高原研究所博士研究生申苗苗为第一作者。本研究获中国科学院A类战略性先导科技专项“泛第三极环境变化与绿色丝绸之路建设”、国家重点研发计划“重点盆地主要成盐期干旱气候事件与成钾作用”课题、“第二次青藏高原综合科学考察研究”专项和国家自然科学基金面上项目等的联合资助。

文章链接：

http://dx.doi.org/10.1029/2019JB017946