导致岩浆上升并通过地壳喷发的过程被称为喷发机制，通常分为四类：基性岩浆补充（mafic recharge）、基性岩浆再生（mafic rejuvenation）、长英质岩浆再生（felsic rejuvenation）和挥发性物质积累（volatile accumulation）[50]。其中，基性岩浆补充和再生机制最为明确，通常通过斑晶的化学分带（[41]、[73]、[89]、[92]、[99]）以及斑晶和基质岩石的纹理（[74]、[83]、[114]）来确定。挥发性物质积累机制由于其罕见性或难以通过岩石学手段明确识别，因此报道较少[8]、[50]。先前的研究表明，喷发前挥发性物质的增加会导致矿物分带的变化（[49]），或者熔体包裹体中挥发性成分逐渐增加（[14]、[108]）。
印度尼西亚苏门答腊岛最年轻的托巴凝灰岩（Youngest Toba Tuff，简称YTT）在7.5万年前发生的喷发，被认为是由挥发性物质积累引发的[50]。与其他托巴凝灰岩类似，YTT的特点是氧（O）、铪（Hf）、钕（Nd）和锶（Sr）等元素的富集，这表明它可能吸收了较老的地壳物质或俯冲沉积物，以及受陨石水影响的物质[11]、[65]、[66]、[109]。研究发现，40%的YTT石英边缘样品中氧含量显著降低，这可能反映了热液改造物质的注入[11]，这些物质可能是通过地壳的周期性破裂被带入的。根据阴极发光数据和扩散模型分析，这种水合地壳物质的吸收可能促进了挥发性物质的积累，并最终导致压力升高，从而引发了喷发[11]、[50]、[79]。这与喷发前几千年内岩浆活动加剧的估计结果一致[79]。在这里，我们区分了“喷发触发”（eruption triggering）和“喷发启动”（eruption initiation）两个概念：喷发触发指的是导致喷发的具体事件（如侧翼塌陷、地壳破裂或地震），而喷发启动则是指使原本稳定或准稳定的岩浆在地壳中上升并最终喷发的过程[50]。
虽然喷发的根本触发因素可能与地壳或围岩的机械破坏有关[11]、[94]，但来自顶部岩石的挥发性物质释放可能通过循环性裂缝为热液渗透提供了途径，从而促进了喷发的发生[37]、[113]。此外，由于托巴火山位于巽他板块下方，来自地幔的挥发性物质也可能大量注入[52]。值得注意的是，[82]发现的一类YTT浮石具有异常高的气泡含量，这是最年轻的托巴岩浆在上升和喷发前就已经形成的气泡的遗留物。[64]的热模型表明，托巴火山的破火山口形成喷发是由于岩浆补给事件在过去220万年间持续的热脉冲作用导致的[94]。也有观点认为，YTT喷发可能是由一次大规模岩浆侵入事件或附近的苏门答腊断层上的大地震引发的[52]。尽管最终的喷发触发因素尚不明确，但如果最年轻的托巴凝灰岩喷发过程中留下了足够的证据，那么喷发启动机制的阐明将更具可能性。
目前，尚无明确证据表明托巴岩浆系统中存在深层挥发性物质积累，足以引发喷发。本研究利用同步辐射X射线微断层扫描技术，测量了YTT石英中的熔体包裹体中的气泡数量、大小和体积百分比，以确定喷发前气体成分的存在及其丰度。这种方法不仅有助于验证YTT喷发是否由挥发性物质积累引发，还能估算岩浆的孔隙度和整体压缩性，从而解释YTT岩浆如何引发地球上已知的最大规模爆炸性火山喷发之一。
印度尼西亚苏门答腊岛的托巴破火山口复合体位于巽他海沟沿线，印度-澳大利亚板块在此处俯冲到巽他板块之下，并与苏门答腊大断层带对齐[18]。自约120万年前以来，这里共发生了四次大规模火山喷发，其中最年轻的托巴凝灰岩喷发发生在73.7 ± 0.4千年前（通过40Ar/39Ar测年法确定）[17]、[20]、[75]。YTT喷发的岩浆体积相当于至少5000立方公里的致密岩石，是人类历史上经历的最大规模超级喷发之一[17]、[24]。喷发岩浆的成分从流纹岩到流英安岩不等，其中主要斑晶中的熔体包裹体含有12–40%的溶解氧[17]、[19]。未发表的数据[62]显示，磷灰石包裹体中的氧含量普遍高于9%。
YTT岩浆系统的形成机制可能包括晶体沉降和积累，形成晶体糊状物，以及长时间岩浆滞留期间的反复重组和对流翻转[19]、[94]、[111]。锆石和铝钙石的存在表明，YTT喷发的岩浆是在数百年的时间内逐渐形成的[94]、[111]。多项地质物理和地球化学证据表明，多次岩浆补给事件参与了YTT喷发[78]、[82]、[88]、[105]、[111]、[112]、[115]。为了解释YTT浮石样品中的多种纹理、岩石类型、矿物组成和元素分布，[82]假设有多个不同的岩浆体同时参与了喷发[88]。该研究利用钡（Ba）、锶（Sr）和钇（Y）的化学成分，识别出五个不同的喷发前岩浆储库[88]。
微断层扫描数据收集与处理
从最年轻的托巴凝灰岩浮石中选取了8个直径几毫米的石英晶体（来自YTT破火山口北部地区的三个采样点，见图1）。由于这些熔岩岩露头保存较差，无法确定每个样本的地层位置，也无法判断其来自YTT的底部、中部还是顶部。此外，由于熔岩岩分布广泛，也无法建立详细的地层关系。
结果
本研究分析了8个毫米级YTT石英晶体中的84个熔体包裹体：其中36个来自2–4区域，47个来自27–3区域，1个来自27–1区域。在27–1区域的晶体中，完全封闭的熔体包裹体较为罕见——大多数熔体包裹体只是与晶体外部相连的凹陷结构。约75%的熔体包裹体具有明显的刻面（刻面强度约为0.5至1级[9]），其余则为圆形或无定形。
讨论
熔体包裹体中的气泡可能是喷发前存在于岩浆中的挥发性气体的遗留物，这些气体在晶体生长过程中与岩浆共同被捕获[27]、[48]、[70]、[82]、[107]。然而，在包裹体形成后，气泡还可以通过其他途径形成和增长，从而增加包裹体中的气泡体积[27]、[48]、[70]、[82]、[107]。因此，测量到的气泡体积不一定完全由喷发前捕获的气体贡献。
结论
X射线断层扫描数据显示，最年轻的托巴凝灰岩（YTT）中的石英包裹体含有气泡状熔体，这反映了喷发前岩浆储库的孔隙度。在排除了包裹体形成后气泡继续生长的影响后，平均每个分割包裹体中含有7%的挥发性气体，最多可达20%。我们的研究结果为YTT喷发是否由挥发性物质积累引发提供了重要证据。
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泰勒·卡德纳（Tyler Cadena）：负责写作、审稿与编辑、原始草稿撰写、方法验证、研究设计、数据分析、概念构思。
迈克尔·曼加（Michael Manga）：负责写作、审稿与编辑、项目监督、资金筹集、概念构思。
斯蒂芬·塞尔夫（Stephen Self）：负责写作、审稿与编辑、资源协调。
利益冲突声明
作者声明以下财务利益和个人关系可能构成潜在的利益冲突：迈克尔·曼加表示获得了加利福尼亚大学伯克利分校的财务支持。如果还有其他作者，他们也声明自己没有可能影响本文研究的财务利益或个人关系。
致谢
作者感谢审稿人的宝贵建议，这些建议极大地提升了本文的内容和质量。我们感谢Dula Parkinson协助在劳伦斯伯克利国家实验室的X射线微断层扫描设备8.3.2线上对石英晶体进行扫描。研究资金由美国国家科学基金会（NSF）、Esper Larsen基金以及先进光源博士奖学金提供。
