皮克斯动画工作室发过一部可爱的动画电影，叫“Inside out”。但今天我们要谈的不是电影，而是随这部电影一起发布的，一部叫做Lava的动画短片。

I Lava You!

这部短片讲的是坐落在太平洋中的两座火山岛之间的爱情故事，故事情节以歌曲的形式娓娓道来。男主人公叫Uku, 女主人公叫Lele。Uku的生活由重复的喷发期和平静期组成，他孤独地在海中生活了很多年，一直期待着有个伴儿。

孤独的男主人公Uku。（不是那只鲸，是后面的山！）图片来源：《Lava》

由于火山活动减弱，他慢慢停止了喷发，逐渐被海浪冲击、剥蚀，直到即将沉没时，他仍然是孤独一人。他感到很悲哀，但他不知道的是，另一座年轻的火山Lele出现在了他所在的海域，正在海面以下静静休眠。

有一天，Uku已经完全没入海中，Lele却突然发生了剧烈的海底喷发，跃出海面，成为了新的火山岛。但由于Lele背对着Uku，她以为自己是整片海中唯一的火山。而Uku虽然看见了Lele，想要与她相伴，但无奈自己已被海水淹没，只能感到惋惜。

女主人公Lele浮出海面。图片来源：《Lava》

不久以后，Uku再次发生喷发，重新跃出海面，从此陪伴在了Lele身边。

Uku和Lele从此过上了幸福的生活。图片来源：《Lava》

光从主人公的名字来看，一个叫Uku，一个叫Lele，合起来已经夏威夷风味十足。再加上整首歌以Ukulele这一夏威夷特色乐器来伴奏，让人必须联想到这群太平洋小岛。

据导演詹姆斯·墨菲（James Ford Murphy）称，这个短片的人物原型的确是夏威夷群岛中的两座小火山岛。而这部动画背后，也的确隐藏了许多与火山学相关的有趣知识。

夏威夷：温柔的火山

夏威夷不仅有海滩，有热带美景，更有活火山。只要买张飞往檀香山（Honolulu）的机票，很容易就能降落到这群位于太平洋中间的热带岛屿上。

夏威夷群岛。图片来源：ttlnews.com

从檀香山所在的O‘Ahu岛乘船，往东南方向行驶大约300公里，即可抵达大岛（Big island）。来到著名的Kīlauea火山旁，你就能看到原版的、正在流动的、鲜红的岩浆。这种在地面上流动的岩浆，被称为熔岩（lava）。

红色的、流动的熔岩，和黑色的、已冷却的玄武岩岩石。

除了远距离观看之外，你还可以走到熔岩旁边，近距离观察它；甚至可以冒险踩一脚，但必须要在鞋子着火前，迅速把脚移开。因为这些红色的熔岩虽然看起来像是烧红的木炭，实际上温度要高得多，最高可达到1200摄氏度。

熔岩的外壳由于与空气接触，最早开始冷却，冷却下来的“外壳”能够保护藏在内部的熔岩，阻止其与空气接触。因此，内部的熔岩往往比“外壳”更慢冷却。也就是说，当你踏在看起来已经变黑，但刚流出火山口几个小时的“熔岩”上的时候，还是应该小心为妙。

摄影师Kawika Singson在夏威夷岛近距离拍摄熔岩。

除了着火的危险以外，夏威夷岛的火山足以称得上和善。然而，并不是所有火山都容许我们近距离欣赏它（们）的喷发。

“温柔”之外，也有“爆发”

火山的喷发形式主要包括“溢流式”和“爆发式”两大类。夏威夷火山为典型的“溢流式喷发”（effusive eruption），较为温和，Uku和Lele就是这样。

与之相对应的“爆发式”喷发（explosive eruption）则更剧烈凶猛，常常带来严重的地质灾害。

爆发式火山喷发以普林尼式喷发为典型，通常会产生几公里到几十公里高的气柱，并产生大量灰黑色的火山灰。典型的普林尼式喷发包括毁灭庞贝古城的公元79年维苏威火山喷发，1883年发生在印度洋中的喀拉喀托火山喷发，以及1980年发生在美国华盛顿州圣海伦火山喷发，等等。

英国地质学家在1822年绘制的公元79年维苏威火山喷发的假想图。图片来源：biogeo.260mb.net

通常来说，不同的火山能够产生形式各异的喷发。更奇妙的是，即使是同一座火山，在不同时期和不同的岩浆作用下，也会形成不同形式的喷发。这和岩浆的性质及岩浆上升过程有很大关系。

岩浆（magma）主要由三部分组成：熔体（melt），矿物晶体（mineral）和挥发分（volatile）。其中，熔体为硅酸盐流体；矿物晶体以长石、辉石、角闪石和橄榄石为主；挥发分则主要包括水、二氧化碳和二氧化硫。

岩浆的主要组成部分是熔体，其次是矿物晶体，挥发份通常最少。

随着岩浆从地底深处往地表移动，由于温度和压力的变化，以上三个组分的比例将发生变化。通常趋势是矿物晶体的比例越来越大，熔体的比例减小。

岩浆从地下数十公里深处，来到位置较浅的岩浆房（地下储存岩浆的空间）中。由于外界压力显著减小，挥发分从岩浆中溢出，以气泡形式存在于岩浆房内。随着气泡体积增大、数量增多，岩浆最终将在浮力作用下继续上升，直至喷发出地表，这一过程被称作岩浆上升过程（magma ascent），对火山的喷发形式起到决定性的作用。

如果岩浆中气泡含量多，岩浆上升速度较快，那么喷发事件多为“爆发型喷发”。与这一原理类似的生活经验是：摇晃后可乐瓶并突然打开瓶盖，可乐会喷发。摇晃可乐后，可乐瓶中的二氧化碳从液体中逸出，瓶内气压高于大气压。一旦快速打开瓶盖，二氧化碳将携带液体喷出。该原理与爆发式火山喷发类似。

显然，夏威夷火山的喷发机制与以上所述不同。

实际上，夏威夷火山的岩浆中挥发分含量较少，岩浆上升的速度相对较慢，因此才形成了如此“安静”的溢流式喷发。

夏威夷岛的玄武质熔岩流入海中。虽然看起来很粘稠，但玄武质岩浆是所有岩浆中粘度最低的一类。图片来源：malwaretips.com

另外一个影响喷发形式的要素是岩浆的粘度。岩浆的粘度由岩浆的成分决定：通常，岩浆中二氧化硅的含量越高，岩浆粘度越大。夏威夷岛岩浆的成分为玄武质，即岩浆中二氧化硅的含量较低，因此粘度低，而且是所有类型的岩浆中粘度最低的一种。

正因为玄武质岩浆的粘度很低，所以它们常常从火山口或者地表的裂缝中涌出，像水流一样顺着地面流动，被称为熔岩流（lava flow）。熔岩流往四面八方流动，能够覆盖火山口周围的约数十到数百平方公里的范围。在夏威夷岛，熔岩能从火山口出发，一路直下流入海中，也是难得一见的奇观。

每经过一次喷发，新的熔岩流便覆盖在已经冷却的岩石上，一层叠一层，像千层蛋糕一样堆积起来。由此形成的火山往往坡度很缓（小于10度），被称为盾状火山（shield volcano）。最典型的代表就是夏威夷岛上的Kīlauea火山。

盾状火山由不同时期喷发产生的熔岩流（lava flow）堆叠而成，通常坡度较缓。图片来源：mlhi.org

绕了这么大一圈儿，在解决了这些“打擦边球”的问题以后，我们即将迎来最关键的问题：为什么火山活动会出现在夏威夷岛上？为什么夏威夷群岛的其他岛屿上没有火山活动，全部为死火山？

Uku和Lele是怎么形成的？

夏威夷的火山现象和地质学上很重要的“热点”（hotspot）理论有关。

上世纪70年代，地质学家们提出，在如今夏威夷岛所在的位置底下，存在一个圆柱状的地质体，称为地幔柱（mantle plume）。这个柱体的头部接触着岩石圈，尾部通往地球内部，直达地核与地幔的边界（距地表约2900公里深处）。地幔柱像一个燃烧着的火炉一样烘烤着岩石圈，使其发生熔融，为火山喷发提供了岩浆来源。

地幔柱的一端向地球深处延伸，至地核（橙色）与地幔（红色）边界；另一端（头部）则向外直达岩石圈底部。图片来源：nature.com

地质学家们认为，地幔柱是固定不动的，而地壳是运动的，因此，地壳中被“烘烤”的位置在发生变化。这个原理与我们高中时玩儿过的打点计时器类似。地幔柱是能够打出黑点的“针”，地壳是移动的白纸条。当我们移动纸条，打点器会在纸上留下处于不同位置的黑点，而不同的黑点也反应了不同的时间点。

地幔柱位置固定（图中红色部分以下），处于软流圈（图中黄色部分）以上的板块（芥末黄色）在发生移动。由于岩浆在不同的时间点上涌，因此在板块的不同位置形成火山岛。图片来源：wikipedia.org

类似地，在过去的六百万年中，夏威夷群岛所在的太平洋板块持续往西北方向运动，地幔柱像打孔的针一样，依次在海底的不同位置，在五个时间段，形成了五个点痕，即火山岛。这些火山岛组成了夏威夷火山岛链。

大约四五百万年以前，夏威夷群岛主要的火山活动集中在位于夏威夷群岛最西北部的Kauai岛上，该岛是夏威夷岛链中最“老”的火山岛，形成于3.8至5.6百万年前。此后，Kauai岛慢慢远离地幔柱的位置，岩浆活动逐渐停止，火山不再喷发。由于海水侵蚀，以及山体自身的塌陷，火山体积越来越小，最终可能被海面淹没。

夏威夷火山岛链中几座岛的形成时间，从老到新以此为：Kauai, Oahu, Molakai, Maui, Hawaii。其中，Kauai形成于距今3.8至5.6百万年（Ma）前。

夏威夷岛则是从七十万年前起在海底形成的。熔岩流从海底地表涌出，一层一层地堆积在海面以下。经年累月，它最终突出海面，成为了火山岛。由于岩浆可以从同一个岩浆房出发，经过不同的“通道”（通常与地层中的裂缝或断层有关）涌出地面，因此在岛上形成了不同的火山口，例如夏威夷岛上的Mauna Loa和Kilauea火山。

Uku和Lele是怎么在一起的？

我们再回头看lava这部短片，至少可以推断出，要发生动画里的情形有两种可能性。

其一，Uku和Lele是夏威夷群岛中的相邻的两座火山岛，它们相隔大约50-150公里。由于Uku先于Lele形成，我们可以推断出Uku和Lele的相对方位：Uku在Lele的西北方向。

但在这种假设中，两“人”隔着几十公里遥遥相望，的确有点儿费眼力。另外，Uku既然已经随板块运动，“漂”离了地幔柱的位置，不应该再“漂”回来。因此，很难解释Uku如何能“起死回生”，达成美满的结局。

其二，既然Uku和Lele的距离很近，又能在同一个时间段相继喷发、存活，那么它们可能是由同一源头的岩浆，通过不同的岩浆通道，从海底喷出形成。也就是说，Uku和Lele就像同一棵树上的两颗苹果，长在两根不同的小树枝上。

当养分（岩浆）主要往Uku所在的“枝头”（火山通道）运输时，Uku发生喷发；岩浆通向Lele所在的“枝干”时，Lele喷发。不过，这个猜想成立的前提是：两座火山底下存在一个体积巨大的岩浆房，足以供给两座火山喷发需要的岩浆来源；此外，这个岩浆房在水平方向上的尺寸必须够大，才能在海底两个不同的位置形成两座火山。

两座火山由同一个位于深部的岩浆源，经过不同的岩浆通道（树枝状），最终喷出地表而形成。

当然，以上两种可能性只是我个人闲来无事生出的猜想。不过值得一提的是，纵览世界上几千座火山，从研究程度和研究历史来说，夏威夷火山可以说是世界第一。因为早在一百多年前，美国的地质学家们就在夏威夷岛建立了一座火山观察站，拉开了夏威夷火山研究的序幕。

真·夏威夷的火山研究

1909年，时任麻省理工学院地质学院院长的托马斯·尤格（Thomas Jagger）四处游学访问，去了意大利、日本，深刻体察到了世界各地人民都在饱受火山喷发之苦。当他来到夏威夷，看到地面上流动着如此大量的“第一手”研究资料——岩浆时，他非常兴奋，于是带领同行的地质学家开始了一系列实地考察。

同时，他意识到自己身为学界大牛，除了应该搞科学研究，还得为人民做出点贡献。于是，托马斯在当地商人的支持下，于1912年，在夏威夷岛Kīlauea火山脚下，建起了美国第一个火山观测站——夏威夷火山观测站。建站的理念是“通过科学研究，保护人们的财产和生命安全”。

2012年，夏威夷火山观测站迎来了它的一百岁生日。美国地质调查局（USGS）网站专门登出了主题为Centennial Mahalo的致谢文章（Mahalo在夏威夷语中为感谢的意思）。

更有趣的是，托马斯在一百年以前提出的那个理念——“通过科学研究，保护居民财产和生命安全”，直到今天，依然是火山学家们孜孜不倦地追求着的，想要达到、但仍未完全实现的终极目标。（编辑：Jerrusalem）

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