Multi-Tiered Magmatic Plumbing System of the Tatun Volcano Group, Taiwan: Insights from Mineral Thermobarometry and Reservoir Evolution
本研究利用台灣大屯火山群深部鑽孔樣本進行礦物溫壓計研究，重建了一個多層次的岩漿管道系統，揭示了自更新世以來不斷加深且縮小的岩漿儲集層，該系統目前雖處於穩定狀態，但仍保有因淺層熱液系統驅動而發生未來低爆炸性噴發式的潛力。
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在台北繁忙的街道之下，一個地質學問題長期以來一直縈繞在科學家與大眾的心頭：大屯火山群——這座位於城市北邊的山脈集群——究竟是處於休眠狀態，還是僅僅在沉睡？這些火山並非環太平洋火山帶中那些頻繁噴發、令人恐懼的雪帽巨峰；它們更古老、更安靜，最後一次已知的活動發生在數千年前。然而，由於它們鄰近一座擁有數百萬人口的大都會，了解其內部運作機制已成為關乎生命安全的重要課題。為了回答這些山脈是否會甦醒，地質學家必須觀察地球地殼內部，在那裡，作為噴發燃料的岩漿（熔融岩石）正潛伏在隱藏的腔室中。這一過程受一套「管道系統」支配，這是一個由地下儲層和通道組成的網絡，熔融岩石在到達地表之前，會在其中冷卻、混合，有時也會停滯。透過研究古代熔岩流中被捕獲的水晶，科學家可以重建這些隱藏腔室的溫度、壓力與深度，有效地讀取火山最後一次呼吸的歷史，以預測其未來的行為。
一支研究團隊最近向大屯山的中心深處進行了鑽探，以取得一份岩芯樣本——這是一根保存了火山活動垂直歷史的長條狀岩石柱。研究人員從這份岩芯中提取了三十三個固態熔岩樣本，代表了四個不同的古代噴發層。他們的目標是檢查這些岩石中的微觀晶體，特別是專注於一種名為角閃石（amphibole）的礦物。角閃石是一個關鍵指標，因為它僅在地下特定的高溫高壓條件下形成。當岩漿上升過快或改變其化學環境時，這些晶體會開始分解，形成明顯的邊緣或改變其內部結構。透過分析這些晶體及其邊緣的大小、形狀與化學成分，研究人員可以精確判定岩漿曾停留的深度、移動的速度，以及在噴發前發生了什麼事。
研究顯示，大屯火山群是透過一個複雜的多層級系統而非單一簡單的腔室來運作。岩漿的旅程始於地球地殼深處，那裡的岩漿冷卻緩慢並形成如斜方輝石（orthopyroxene）般的晶體。隨著熔融岩石上升，它會在不同深度停滯，形成一系列地下的「候診室」。研究人員發現，岩漿曾在從 4 公里到深達 22 公里的深度之間發生停滯。在這些中間層位，岩漿進一步冷卻，使得角閃石得以生長。然而，故事並不僅止於簡單的上升。數據顯示，來自更深處的新鮮熱岩漿經常侵入這些停滯且較冷的岩漿池。這種熱與冷岩漿的混合作用就像是一個「喚醒信號」，重新激活了休眠的岩漿，並觸發了前往地表的最後旅程。
至關重要的是，岩漿最終上升的速度是透過觀察角閃石的邊緣來測量的。當岩漿快速上升時，壓力下降，導致角閃石分解並形成一層新的薄礦物邊緣。這些邊緣的厚度讓科學家得以計算出岩漿上升的速度非常緩慢，介於每秒 0.004 到 0.011 公尺之間。為了讓讀者理解，這是一種緩慢、穩定的爬行，而非劇烈的衝刺。這種緩慢的上升速率解釋了為什麼大屯火山在歷史上產生的是溫和流動的熔岩，而非爆炸性的災難性噴發。岩漿有足夠的時間冷卻並逐漸釋放氣體，從而導致溢流式噴發，使熔岩在景觀上蔓延，而非將其炸碎。
研究還揭示了火山管道系統隨時間發生的重大變化。透過比較過去岩漿停滯的深度與現代地震數據，團隊發現主要岩漿儲層已經向地下深處退縮。在更新世晚期，岩漿儲層的頂部位於約 4 公里的深度。如今，該天花板已降至 8 公里，表明火山的岩漿供應量已經減少，且儲層正在萎縮。這種退縮與該地區構造力的轉變有關；台灣北部的地殼不再像數百萬年前那樣拉伸與變薄，這可能減少了餵養火山的熱地幔物質的上湧。
儘結這看似活動性的衰退，研究仍強調了一個揮之不去的隱憂。雖然主岩漿儲層已向深處移動，但一個已知的熱液儲層（即熱水與蒸汽的口袋）仍維持在 2 至 4 公里的淺層深度。研究人員指出，如果今日有新鮮岩漿侵入這個淺層區域，可能會啟動整個系統進入新的噴發。岩芯樣本中的晶體顯示，角閃石的分解經常發生在這些淺層的高溫環境中。因此，雖然這座火山與遙遠的過去相比活躍度降低，但未來活動的可能性依然存在。最審慎的做法是密切監控這個淺層熱液區，觀察是否有任何新岩漿正在擾動地下水域的跡象，以確保上方城市免於地球深處那緩慢、穩定心跳的威脅。
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