火山通常以炽热和充满爆发力的形象示人。然而，在寒冷幽深的海洋底部，也分布着大量的火山，这似乎有悖常理。那么，为什么会有这么多火山出现在水下？它们如何在水下生存？水下火山喷发时会发生什么？
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事实上，有些问题比其他问题更容易回答。
为什么大多数火山都在水下？
地球上有多少火山？一千座？一千五百座？差不多是这个数量级。重点是，火山数量相当多。现在把这个数字乘以四。据估计，海底火山的数量是陆地火山的四倍之多。这是为什么呢？
你可能觉得这并不奇怪。毕竟，地球表面超过70%被水覆盖。从统计学角度来看，大部分火山出现在水下似乎也很合理。这个论点听起来不错，但实际上是错误的。
问题在于，火山并非均匀分布在地球上。事实上，它们通常出现在非常容易预测的位置：沿板块构造断层线。例如，四分之三的火山都位于环太平洋火山带上，仅日本就占全球火山活动的10%。
因此，问题与其说是“为什么这么多火山在水下”，不如说是“为什么这么多板块边缘在水下”。这个问题有几个答案。首先，俯冲作用（subduction），即一个板块滑到另一个板块之下的过程，也是环太平洋火山带火山活动的主要原因，需要水的存在来软化地幔，使其能够容纳新的板块加入。这虽然不能解释所有的构造裂谷，但基本上排除了许多裂谷出现在大陆中部的可能性。
其次，可能更重要的是，我们有威尔逊旋回（Wilson cycle）：这是一种理想化的解释，说明超大陆是如何通过构造活动形成和分裂的。本质上，它认为，当两个板块分离时，必然会形成一个大的盆地，最终变成海洋——即使它们最初连接在一块大陆的中间。因此，大多数板块在水下相遇，因为很难将两块巨大的大陆分开而不留下一个海洋在中间。而只要有板块运动，通常就会有火山——即使它们位于海平面以下数千米的地方。（背景延伸：威尔逊旋回由加拿大地球物理学家约翰·图佐·威尔逊于20世纪60年代提出，描述了地壳板块聚合和分离的重复过程，导致超大陆的形成和分裂。该理论是板块构造学说的重要组成部分。）
水下火山喷发时会发生什么？
就像怪异的blobfish（水滴鱼）一样，火山在海底的样子与在陆地上截然不同。地表火山通常是巨大的、炽热的、充满爆炸性的山脉——比如埃特纳火山或雷尼尔山——或者像夏威夷或冰岛的火山那样，坡度较缓。当然，并非所有的地表火山都是如此——也有很多奇怪的平顶火山，甚至有倒置的、被湖泊覆盖的火山。但是，火山的标志性特征似乎仍然是爆炸性的、炽热的熔岩。
但是，这种情况在水下会如何呢？不仅是在水下，而且是在海洋的最底部，那里的温度通常最高只有4°C (39°F)？你可能会问，水下火山喷发到底是什么样的？
这是一个好问题。“在很大程度上，我们不知道”水下火山是如何运作的，史密森尼学会（Smithsonian Institute）海洋中心承认。“科学家们对了解水下火山一无所知，因为喷发被数千米深的水所遮蔽。”
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当然，我们有一些线索。当位于斐济附近的太平洋海底3千米（9842英尺）以下的西马塔火山（West Mata Volcano）喷发时，我们能够目睹“一道明亮的炽热岩浆闪光，它被炸入水中，然后沉回海底，”该研究所表示。“爆炸将火山灰和岩石抛入水中，熔化的熔岩在水下发光。”
许多水下火山的喷发并不那么剧烈。有时，我们会看到气泡或微型“喷发”在海面出现——“想象一下摇晃的可乐瓶打开时，气泡喷涌而出的情景，”史密森尼学会解释说——但是“一旦到达海底，水下的岩浆仍然面临着数吨海水的巨大压力。”
这意味着，熔岩凝固成的形状与我们在陆地上看到的非常不同。在大量海水的挤压和冷却下，它根本无法像在空气中那样四处喷发，而是会迅速冷却成火山玻璃或球状枕状熔岩。有时，即使这样也是不可能的：在水深2200米（7200英尺）以下，压力太大，水无法沸腾；相反，“当水遇到800摄氏度[1472华氏度]的炽热岩浆时，它会瞬间汽化，”史密森尼学会解释说。“它迅速膨胀成蒸汽的力量足以将熔岩炸开，”它说。“另一方面，当岩浆与水接触时，温度变化非常剧烈，岩浆会立即凝固，这个过程称为淬火（quenching）。”
生命的爆发
与陆地上的火山一样，水下火山在喷发时可能是毁灭性的——一旦尘埃（或岩浆）落定，又会变得非常富饶。
“大部分海底相对平坦，”华盛顿大学海洋学学院教授兼区域有缆阵列（Regional Cabled Array）主任黛博拉·凯利（Deborah Kelley）今年早些时候解释说。“但是，当你到达喷口区域时，你会意识到火山是生命的绿洲。”
为什么要冒险在潜在的爆炸地点附近定居呢？如果你是深海生物，火山周围的区域就像一个位于水疗中心的自助餐厅：火山活动造成的海底裂缝会形成热液喷口（hydrothermal vents）；它们释放出温暖的、富含矿物质的水，其中含有大量的化学物质，可以喂养大量的细菌，而这些细菌又会吸引食物链上越来越多的物种。（背景延伸：热液喷口是海底地热活动的结果，喷出的水温可高达400摄氏度，富含硫化物、甲烷等化学物质，为化能自养型细菌提供了能量来源，这些细菌构成了深海生态系统的基础。）
“我们发现，即使不同喷口处的化学成分相似，微生物的生命也可能非常不同，”凯利说。“它们就像拥有独特群落的小岛。”
这不仅仅是地质学家和海洋学家研究的一组小众数据点。水下火山非常擅长激发生物多样性，以至于一些专家认为，我们可能要感谢它们孕育了地球上的所有生命。“雪球地球（Snowball Earth）时期的水下火山在我们的世界从冰冻星球转变为我们今天所知的繁荣的蓝色星球的过程中发挥了关键作用，”南安普顿大学地球科学副教授汤姆·格农（Tom Gernon）在2016年表示。“随着[熔岩]沉积物堆积在海底，岩石和大部分被冰覆盖的海洋之间的化学反应导致大量的钙、镁、二氧化硅，以及可能最重要的是磷被释放出来，”格农解释说。“我们的计算表明，这种化学物质的积累足以解释厚厚的盖层碳酸盐沉积物。”（背景延伸：雪球地球是指地球历史上发生过的几次极端冰期事件，整个地球表面几乎完全被冰雪覆盖。有证据表明，新元古代时期曾发生过两次持续时间较长的雪球地球事件。）
“这些结果有助于解释我们的星球是如何在大气和海洋中获得氧气的——使生命能够从单细胞生物进化成动物，”格农说。“雪球地球结束时的结果是地球经历过的最非凡的冰室到温室的转变之一。”
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