图片来源：PierPaolo Petrone
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撰文 | 二七
审校 | 王怡博
公元79年，意大利南部的维苏威火山发生了最著名的一次火山爆发——炽热的火山灰和火山气体喷射到高达33千米的高空，直达平流层，释放的能量相当于广岛原子弹爆炸的10万倍。更重要的是，滚滚的火山碎屑流覆盖了庞贝古城。
就在如今意大利那不勒斯湾畔，有一座名为赫库兰尼姆的古罗马小镇。虽然不如庞贝有名，但这里也没能逃脱被火山喷发席卷的命运。这里还保留了唯一一处古典时代的藏书室，里面上千卷莎草纸卷轴在这场火山喷发中被烤成了木炭。
直到今天，对这场火山喷发的研究仍在带来令人震惊的发现：就在赫库兰尼姆一具遗骸的头骨内，研究者发现了一些深色的玻璃态物质。最近，一项发表于《科学报告》（Scientific Reports）的研究提出，是火山喷出的火山灰流，将这名死者的大脑烤成了“玻璃”。
图片来源：原论文
这具遗体发现于20世纪60年代中期，在据信专为奥古斯都皇帝祭礼建造的奥古斯塔利学院（Collegium Augustalium）内，研究者在层层火山碎屑物的掩盖下，发现了这名躺在木床上的死者。虽然不知道他为何孤身一人躺在这里，没有随其他人一起逃难。但根据这间房屋的布置，研究者推测他是这所学院的管理者。
然而，当那不勒斯费德里克二世大学先进生物医学科学系的首席研究员PierPaolo Petrone和同事前往这处考古遗址勘察时，他们在这名火山受害者的头骨内发现了一些深色、亮闪闪的碎块，看起来和黑曜石一样。随后的扫描电镜成像结果发现，这些碎块中还保留了一些复杂的纹路，有些纹路的形态就像是神经元、轴突或是髓鞘的结构。
图片来源：原论文
结合这些特征与碎块的保存位置，研究团队得到了一个令人震惊的结论：这可能是这名死者的大脑玻璃化后的产物。也就是说，是公元79年的维苏威火山喷发，将这位死者的大脑烧成了“玻璃”。
之所以要给这里的“玻璃”打上引号，是因为这些深色碎块的主要成分并不是我们熟悉的二氧化硅，只是这位死者的大脑变成了玻璃态，或者说一种非晶质的状态。
我们都知道，液体冷却到特定的温度后会凝固成固态，比如水可以冻结成冰。但我们常见的冰还有另一种重要的性质——它是晶体，冰内部的分子有序组成了晶格结构，不能自由地移动。然而玻璃或其他玻璃态的物质却是一种非晶质材料，它虽然看起来是固体，但从微观角度看却并非如此——事实上，这种物质的原子或分子排列很杂乱，像液体一样，并不像固体那样具有长程有序性，而只在小范围内保持短程有序的状态，可以说是类似于固态的液体。
一般来说，制备玻璃通常会先加热原料直到其熔化为液体，但存在一个重要的条件：冷却速度需要足够快。这是因为晶体生长，或者说分子排列成有序的晶格需要时间，当冷却的时间极端，分子“来不及”排列成晶格，液体就会“绕过”结晶过程，脱离平衡状态，成为玻璃。
想要将这位死者的大脑玻璃化，也需要同样的条件：足够将大脑融化的高温，以及足够快速的冷却过程。就在最近发表于《科学报告》的研究中，Petrone和同事逐一讨论了这些条件如何形成，还原了这位死者生前最后一刻的经历。
图片来源：原论文
这项新研究给出了两个关键的数据：大脑的玻璃转化温度约为510摄氏度，冷却速率约为1000开尔文每秒。
2023年，研究团队曾分析了赫库兰尼姆火山碎屑沉积物中被高温碳化的木片的反射率——木炭碎片的反射率与当初受热的温度正相关，可以记录下所在火山碎屑层位的温度。结果显示，首次涌入赫库兰尼姆小城的并非火山碎屑流，而是一股火山灰流。火山灰流主要由炽热的火山灰和空气组成，温度可以高达500多摄氏度。随后，才是灾难性的火山碎屑流，据估计随后的几轮火山碎屑流温度在465~390摄氏度和350~315摄氏度。
此前的推测往往集中在火山碎屑流，然而火山碎屑流的温度显然不够高，厚厚的火山碎屑流也很难在短时间内冷却到环境温度。然而火山灰流内部可以带来足够高的温度，并且由于留下的火山灰很薄，有助于遗体迅速冷却。
左下角红色箭头指示赫库兰尼姆的位置（图片来源：原论文）
从另一方面，死者的颅骨和脊柱也保护了大脑，避免大脑直接暴露在高温下发生脱挥发分作用——这正是我们在其他死者的皮肤上看到的情况：在高温下液态水瞬间气化，有机物热解，进留下了碳化的组织或灰烬。
“在这里，快速且炽热的火山灰是维苏威火山喷发期间的第一个致命事件……使其大脑在远超510摄氏度的高温下加热，同时脑组织并未完全损坏，”论文中写道，“随着火山灰云的消散（根据现代火山观测记录，这个过程大约为几分钟），死者周围的温度立刻恢复到常温……在地面上，火山灰只有几厘米，因此遗体几乎是暴露在空气中。”
随后，赫库兰尼姆逐渐被厚厚的火山碎屑流一层一层地掩埋，直到近两千年后，这份独特的玻璃化大脑重见天日。
那么，大脑被瞬间玻璃化的感受如何？
可能连受害者本人也无法回答这个问题。在接受路透社的采访时，Petrone这样解释道：“在炽热火山灰流冲击的瞬间，这位管理者就立刻死亡了。”
参考链接：
https://www.nature.com/articles/s41598-025-88894-5#ref-CR9
https://www.nature.com/articles/s41598-023-32623-3
https://journals.plos.org/plosone/article?id=10.1371/journal.pone.0240017#abstract0
https://www.smithsonianmag.com/smart-news/vesuvius-turned-a-roman-mans-brain-into-glass-now-scientists-reveal-how-the-extremely-rare-preservation-happened-180986145/
https://www.eurekalert.org/news-releases/1074723
https://www.science.org/content/article/brain-turned-glass-reveals-city-s-catastrophic-final-moments