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，直播，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。