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    你好,我(可能)是最早一座拥有自己肖像画的火山

    2017年4月20日 来源: 果壳网

    文:liweiran

    编辑:婉珺

    新石器时代壁画中的火山

    作为地球上最宏伟的自然景观之一,火山和火山喷发都常常出现在艺术作品中。目前公认的、最早描绘火山喷发的壁画,竟可追溯到八千多年前的新石器时代 。1963年,考古学家詹姆斯?梅拉特(James Mellaart)在土耳其中部一座名叫Catal Huyuk的村庄遗址中,发现了这幅生活于公元前6200年的人类留在墙上的“涂鸦”(图1)。

    图1 发现于Catal Huyuk村庄的火山壁画。上:壁画的发掘现场;下:经过还原处理后的壁画。图片来源:JohnSwogger/Ataman Hotel

    这幅壁画乍一看很抽象,但仔细观察就能辨认出处于画面正中间,底部相连的两座山峰。再仔细看,右边那座的山顶有几条黑色曲线向四周发射,仿佛代表了火山喷出的岩石和碎屑;而山顶上方,成云团状的小圆点们,则像是火山喷发冒出的滚滚黑烟。画面底部紧密排列的几行黑色方块所描绘的,正是当时人们居住的房屋。

    如此说来,这幅壁画中描绘的火山真的存在吗?它究竟是哪座火山呢?

    图2 根据考古学发现对Catal Huyuk的还原图。图片来源:Dan Lewandowski

    根据壁画上的描述,考古学家和地质学家们推测:图中这座山正是位于村庄东北方向约130千米远处的Hasan火山(土耳其语:Hasan Da??)。从外形来看,Hasan火山的山顶“毗邻而居”着两个高度相近的火山口,其海拔分别约为3250米和3070米,与壁画中的“双峰”完美吻合。

    图3 Hasan火山的两个山峰。图片来源:andifreeride/summitpost.org

    如果把这幅壁画和真实拍摄的火山喷发的照片进行比较,很容易发现两者极高的相似度。例如,壁画右侧山峰上方的云团,通常出现于剧烈火山喷发时。这种喷发形成的气柱和喷出的火山灰,直冲云霄,甚至可能进入平流层 (图 4a);壁画中右侧山坡上的几个圆形黑点,代表着沿山坡“流”下的熔岩流(或火山碎屑)(图4b)。这些熔岩流虽然已经部分冷却,形成了固态的岩石,但由于常常夹带着火山喷出的水蒸气等气体(图4b中山坡上的“浓烟”),温度仍然高达几百度 。总之,形成这些喷发产物的火山喷发通常被划为剧烈的爆发式喷发(explosive eruption)。可见,画这幅壁画的Catal Huyuk居民(们),很有可能在居住于此的若干年内,见证过一场规模巨大的火山喷发。想要证明这一猜测,考察这座火山喷发的年代就显得至关重要了。对于这种无史书可考的喷发,地质学家们可以利用同位素衰变的原理,对火山喷发形成的火山岩进行定年。

    图4 a:喷发中的圣海伦火山 (Mt. St. Helens)(1980年),图片来源:Richard Bowen/OregonLive;b:喷发中的默拉皮 (Merapi) 火山(2006年5月),图片来源:Martin Rietze/Thorsten Boeckel;c:Catal Huyuk村庄中的壁画,图片来源:John Swogger/Ataman Hotel

    如何推断出

    “无人记载”的火山

    喷发的年代?

    首先,我们来看看什么是同位素定年。从现在开始,我们需要从原子的角度来考虑问题。

    ——预警:以下涉及大段理论知识——

    每一个原子都由质子、中子和电子组成。同一化学元素的原子通常含有相同的质子数,但所含的中子数却可能不同。那些质子数相同、中子数不同的,同一元素的不同核素,被称为同位素。同位素可以大致分为稳定同位素和放射性同位素两种。放射性同位素的原子核不稳定,能够发生衰变形成子同位素,同时放射出α,β,或γ射线。不同同位素衰变的速度不同,人们把放射性(母)同位素衰变到它最初的一半数量所需要的时间,称为半衰期

    目前已知的同位素半衰期短的只有几秒,长的甚至远远超过地球的年龄。那些衰变相对缓慢、半衰期较长的放射性同位素就像漏斗一样,诚实地记录着岩石经历过的时代变迁。地质学家通过测量岩石中包含的母、子同位素的含量比例,就可以推算出岩石的年龄。

    图5 岩石中所包含的母同位素随时间增长逐渐减少,它们衰变形成的子同位素逐渐增多。绿色圆球代表母同位素原子,红色圆球代表子同位素原子。图片来源: NOAA Ocean Explorer

    ——理论知识讲解完毕——

    上世纪70年代,地质学家们利用当时刚开始流行的新同位素定年方法——钾氩(K-Ar)法,对Hasan火山的岩石进行了定年研究。他们发现:这座火山形成于约1300万年前,共经历了四个演化阶段,数次喷发的产物总共覆盖了火山周围约760平方千米的土地。

    自第四纪(距今约260万年)起,Hasan火山进入了新的演化阶段,剧烈的喷发清空了火山通道(图6a),喷发结束以后山顶在重力作用下发生塌陷,形成巨大的破火山口(图6b)。原本堆积在山顶的物质被“移走”后,位于地下的岩浆房中的岩浆受到“头顶”的压力减小了,于是岩浆更容易从破火山口喷出,随后的火山喷发几乎都发生在同一个破火山口中。

    图6 常见的形成破火山口的四个阶段。图片来源:维基百科

    Hasan火山的喷发,最初可能集中在画面左侧的火山口处,后来由于岩浆系统或当地地质环境的改变,喷发逐渐转移到了右侧的火山口,并且一直在此发生。在Catal Huyuk的人们生活于此的这段时间里,Hasan火山的喷发很可能早已转移到了右侧的火山口。因此我们看到的壁画中,只有右侧火山口上方有表示喷发的黑色线条。

    地质学家对喷发形成的火山碎屑岩进行了定年分析,他们发现采集到的岩石样本中,最晚形成的岩石,距今不超过6000年。也就是说,能分析出的最后一次喷发发生于不到6000年前。这与壁画的年龄(距今8200年前)存在大约2000年的差异。

    壁画的年龄是通过碳十四(14C)的方法测得的,这一方法被广泛地应用在年龄小于50000年的地质学和考古学定年研究中,测得年龄的相对误差可以小到1%。但对于火山岩来说,由于碳含量很低,很难用碳十四方法直接定年。

    那么,假设测得的壁画年龄是准确的,产生这一年代偏差的原因可能是:

    在这幅壁画完成的时候Hasan火山仍处于活动期,直到距今6000年左右发生了最后一期喷发;

    在对“千年级”的岩石样品进行定年时,钾氩(K-Ar)法获得的结果误差较大,所以这个小于6000年的“钾氩(K-Ar)年龄”可能并不可靠。

    于是,2014年,美国地质学家利用另一种同位素方法 ( 铀钍氦法,U-Th/He),对Hasan火山进行了定年。结果表明喷发发生在距今约9000±600年前。这一年龄与壁画的碳十四年龄比较吻合。可见,偏差很可能来自于“钾氩(K-Ar)法不适合对几千年内形成的岩石定年”上。

    肖维岩洞中的壁画,在这些壁画的背景中,隐约可见一座外形完美的火山。科学家利用氩氩(40Ar/39Ar)法定年显示,距今约2-3万年前,这附近可能出现过火山喷发,并且被当时的人们画了下来。如果年龄得到进一步证实,它将超越前文提到的土耳其壁画,成为最早记录火山的“艺术作品”。图片来源:D. Genty (left), V. Feruglio D. Baffier (right)/Nature

    来自火山的馈赠

    居住在火山周围的居民不仅会将火山喷发的情景记录在壁画中,还将火山喷发的产物收集起来,应用在生活里——当然,前提是他们没有被火山喷发夺去性命。

    Hasan火山距离发现壁画的Catal Huyuk村庄大约130千米远,小型的喷发很难对当地居民造成生命威胁。相反,它的喷发形成了一种特殊的火山岩——黑曜岩(obsidian)。考古学家们发现,Catal Huyuk的人们要么将黑曜岩打磨成尖锐的切割工具来使用 (图8),要么将其作为价格昂贵的物品,与周边城镇的人以物易物。不仅如此,连遥远的来自以色列杰里科(Jericho)的工匠们,也宁愿用数量巨大的、产自死海的沥青, 换取几颗黑耀岩,来做成锋利而坚硬的工具。Catal Huyuk的黑耀岩贸易,在当时几乎统治了整个近东市场。

    图8在Catal Huyuk村庄遗址发现的黑曜岩切割工具。图片来源:参考资料7

    黑曜岩是火山爆发式喷发产生的酸性岩浆快速冷却结晶的产物。由于岩浆被“抛”出地表的速度太快,矿物来不及结晶,因此黑曜岩中几乎不含任何矿物,被称为“玻璃质”,看起来和玻璃的质地类似。它的主要成分为二氧化硅 (SiO2),氧化镁 (MgO)和四氧化三铁(Fe3O4)。

    黑曜岩易碎,断面光滑且锋利,因此从距今约七十万年前的旧石器时代起,生活在Kariandusi(今肯尼亚)的人们就开始使用黑曜岩作为切割工具。到了新石器时代,人们使用和打造工具的能力逐渐娴熟,黑曜岩被打磨成各种形状、具备不同功能的工具,更加广泛地使用在生活中。

    图9 天然黑曜岩。图片来源:Everystockphoto

    除了作为日常工具以及交易物,黑耀岩还被赋予了一丝“宗教”色彩。由于当地人视火山为“女神”,作为火山产物的黑曜岩被认为具有神的力量。这种对黑曜岩的追捧,甚至发展成了“宗教式”的狂热。 考古学家们发现,Catal Huyuk的人们为黑曜石的交易设立了各种各样的规章法则,建立“神社”专门用于黑耀岩交易,每次交易之前,甚至必须先举行特别的仪式。 黑耀岩在当时城镇中的角色,绝不止是“切割工具”这么简单,更是一种精神象征。

    当年画下岩画的那个人,或许很难想到他笔下的火山与他手边的黑曜石有什么关系。但在数千年之后,他用颜料记录下的那场火山喷发,和他或他的同伴们打磨出的黑曜石切割器,都将被后世的考古学家发现,共同成为人类文明的一页见证。

    参考资料:
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    ID:Guokr42

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