巨大而黑暗的海浪將我們的研究船從一側搖晃到另一側。《福爾克》號長 83 米，重達 2000 多噸，但一場剛與我們擦肩而過的西伯利亞風暴仍在攪動著海面。坐在主甲板的科學實驗室裡，我正努力不讓咖啡灑到我的海底地圖上。
那是 2015 年 10 月中旬，我們位於西北太平洋，在日本以東約 1600 公里處。我不止一次地看著一張地圖，地圖上顯示了沿著塔穆地塊周圍海底的略微平行的條紋，塔穆地塊是一座巨大的古代火山。每條條紋都指示了一片海底是如何被磁化的——正向或負向——但這種模式與我之前認為的塔穆地塊的噴發方式不符。
突然，一個巨浪猛烈撞擊了《福爾克》號，發出巨大的砰砰聲，震動了我，就在這時，我意識到我一直忽略了什麼。我研究這座火山已經超過二十年了。我發表了權威論文，為這座火山命名並解釋了它的歷史。所以我的頓悟只是一部分是“尤里卡！”時刻；另一部分是荷馬·辛普森的時刻：“哎呦！”我過去的想法，以及所有其他人的想法，關於這座火山是如何形成的，都是錯誤的。
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塔穆地塊非常特別。它寬約 430 公里，長 600 公里，覆蓋面積與新墨西哥州相似。它的體積比夏威夷島上的莫納羅亞火山大 50 多倍，但它基本上是平坦的。它寬闊的坡度從中間向邊緣傾斜約一度，而典型的海底火山的傾斜度為五到十度。想象一下，整個足球場都被一塊繃緊的灰色防水布覆蓋，中間用一根僅 60 釐米高的棍子支撐著。
這座火山是地球上最大的海洋高原之一：沙茨基海隆的主要山脈。然而，山頂仍然在海面以下約 1980 米。大多數海洋高原由玄武岩構成，這意味著大量的岩漿從地幔上升，穿過地殼，擠壓到海底並向外傾瀉。雖然塔穆地塊的形狀似乎反映了這種噴發過程，但我自 2015 年以來收集的資料表明，事實並非如此。
這一新見解意味著科學家們誤解了數十座巨大的水下火山是如何創造了地球當前海底 5% 以上的面積的。的確，我們偶然發現了一種全新的火山型別。
如果塔穆地塊或其近親之一再次噴發，可能會使太平洋變得更酸性，殺死各種海洋生物。它還可能向海洋和大氣釋放大量溫室氣體。當我們回顧歷史時，似乎西南太平洋的翁通爪哇高原等類似火山的噴發與廣泛的低氧海洋條件相對應。最後，雖然我受到我們正在改寫關於海底形成的想法這一事實的鼓舞，但我也必須接受一個殘酷的現實：塔穆地塊，這個曾被譽為“地球上最大的盾狀火山”的火山，不再配得上這個稱號。
一片蛋糕
塔穆地塊大約在 1.45 億年前的數百萬年間逐漸形成。在那段時間裡，地球的磁場以不規則的間隔反轉了幾次，在海洋地殼中留下了明顯的磁條紋。
我的第一篇關於塔穆地塊磁性歷史的論文發表於 1993 年，當時我在德克薩斯 A&M 大學——“塔穆”的由來（地塊在法語中意為“巨大的”）。在論文中，我得出結論，這座火山一定是短時間內一次噴發事件形成的：一個直徑數百公里的巨大岩漿團從地幔上升，擴散到海底。大規模的噴發導致滾燙的玄武岩洪流沿著堆積的斜坡流下，形成了一層寬闊、略呈圓頂狀的新地層。隨後的噴發會新增更多的層，形成類似於層層蛋糕的東西，最古老的玄武岩層在底部，最年輕的玄武岩層在頂部。在陸地上，這通常是盾狀火山的形成方式。其他專家對世界上最大的海洋高原也有類似的看法：翁通爪哇高原和南印度洋的凱爾蓋朗高原。
圖片來源：Jen Christiansen；資料來源：《古地磁場的時間尺度》，D. V. Kent 和 W. Lowrie 著。J.E.T. Channell 等人編輯。美國地球物理聯合會，2004 年（時間線）
在進行了更多的考察以進一步繪製塔穆地塊的地圖並採集其玄武岩樣本後，2013 年，我和我的同事在《自然地球科學》雜誌上發表了一篇論文，指出塔穆地塊是一座巨大的盾狀火山。很快，媒體宣佈我們科學家發現了“世界上最大的盾狀火山”。
這個最高階總是讓我感到難為情。我試圖告訴記者，我們並沒有發現塔穆地塊（那發生在 20 世紀初），而且還有更大的海洋高原。但還有一些事情困擾著我：磁條紋的模式對於一個像層層蛋糕一樣形成的寬闊盾狀火山來說很奇怪。
如果你戴上能顯示磁性的眼鏡從太空俯瞰太平洋海底，你會看到到處都是平行的條紋。但在火山處，你會期望看到一個巨大的飛濺痕跡，因為從中心噴出的熔岩會中斷這種模式。由於沒有這樣的眼鏡，我一直在海上收集磁場資料。我在《福爾克》號上的“尤里卡！”時刻發生在當我清楚地看到塔穆地塊上確實有一條寬闊的連續條紋時。
塔穆地塊形成於三叉路口——三個構造板塊交匯的地方，就像三個巨大的楔形物匯聚於一點。當其中兩個板塊分離時，它們的邊界處出現裂縫。岩漿滲出以填充空隙，並凝固成玄武岩。隨著板塊遠離中心，新的條帶沿軸線撕裂並拉開，更新的岩漿填充了更新的空隙。
這個過程一遍又一遍地重複。塔穆地塊根本不是像層層蛋糕那樣建造的。相反，想象一下，一塊薄片蛋糕被水平拉開，新的蛋糕填充了中間形成的裂縫。這塊蛋糕隨後被拉開，更新的蛋糕填充了更新的裂縫，依此類推。如果新的蛋糕條帶在巧克力和香草之間交替，隨著時間的推移，就會形成條紋圖案。在塔穆地塊上，正負磁條紋與這種模式相對應。
圖片來源：克雷格·泰勒，《地圖狂人》（地圖）；Jen Christiansen（插圖）
然而，這種解釋存在兩個物理問題。塔穆地塊東南象限的條紋逆時針旋轉了 90 度。事後看來，造成這種情況的原因似乎有點明顯。隨著塔穆地塊隨著時間的推移而噴發，東北方向的一塊板塊斷裂並移動，導致靠近三叉路口的一個區域旋轉了 90 度。這個區域就是塔穆地塊形成的地方。意識到塔穆地塊背後的條紋是一個擴充套件的磁異常是我的“哎呦！”時刻。
第二個問題是，在薄片蛋糕模型中，每個新形成的蛋糕條帶的高度都應該與被拉開的現有蛋糕的高度相同。但塔穆地塊中間最厚。我認為這種結構形成是因為中心熔化在一段時間內增加，形成了更高的地殼。
塔穆，再來一次
我和我的同事收集了大量的海底資料和從該區域玄武岩中鑽取的巖芯樣本，這些資料和樣本正在幫助我們說服其他科學家相信我們的解釋是正確的。我們對塔穆地塊的新理解徹底改變了海洋高原形成方式的觀點。從其他一些海洋高原——那些我們有足夠的磁性資料來繪製條紋地圖的海洋高原——的觀測結果表明，許多海洋高原的形成方式類似。在板塊分離處形成的高原一定是火山的一個新類別。這意味著海洋高原是由長玄武岩熔岩流形成的巨型盾狀火山這一廣為接受的假設是不正確的。
為什麼我們之前會搞錯情況？塔穆地塊不是經典的盾狀火山，這有什麼關係嗎？我們錯了，因為海底火山隱藏在數千米的水下，所以我們從零碎的資料中拼湊出一個畫面。想象一下，試圖僅從一顆牙齒和一塊腳趾骨重建恐龍。你會嘗試根據你對其他恐龍的瞭解將它們連線在一個圖中，但如果你的假設不正確，那麼畫面也會不正確。塔穆地塊不再是地球上最大的盾狀火山，因為它不是盾狀火山。我們假設它的形成方式與其他火山相同，但這是一個糟糕的假設。相反，我們發現了一個新的火山山脈家族——對地球上巨大地貌如何形成的一種新解釋。而且海底有數十座這樣的火山。
科學家們總是試圖理解事物是如何形成的。那是我們的目標——即使它推翻了我們自己之前的發現。我們對塔穆地塊的全新理解讓我可以說，“我們終於搞清楚了。”這可能不如“世界最大”那樣引人注目，但我對此感到更快樂。