火山暗藏的未來信息

2018年，印度尼西亞巽他海峽發(fā)生了一起嚴(yán)重的海嘯災(zāi)難，共造成429人死亡、1485人受傷、154人失蹤，另有1.6萬人流離失所。經(jīng)過后續(xù)調(diào)查，這場海嘯是由巽他海峽中的喀拉喀托火山造成的。可是，在對喀拉喀托火山的監(jiān)控中，并沒有發(fā)現(xiàn)任何它可能噴發(fā)的跡象，喀拉喀托火山是如何引發(fā)海嘯的？

外貌決定“性格”

說起火山，我們的第一印象可能都是這樣的：一座高聳山峰的頂端頂著一個不大的開口，這個開口通往深不可見的地底。事實(shí)上，除了這種火山（學(xué)名叫作成層火山）外，還有一種常見的火山，由于它的頂端像一個破碎的大碗，火山學(xué)家稱之為“破火山口”。

破火山口的成因并不復(fù)雜——它是火山噴發(fā)后冷卻下來的樣子。火山噴發(fā)前，熔融的巖漿被儲存在火山口下方5～15千米的巖漿室里。當(dāng)成層火山噴發(fā)時，只有一小部分巖漿從巖漿室中噴發(fā)，冷卻后形成圓錐體。但破火山口火山不同，當(dāng)它們噴發(fā)時，大量巖漿噴涌而出，把巖漿室內(nèi)的巖漿幾乎都噴發(fā)干凈了，火山頸和周圍的圍巖都被熔化了，一下子垮塌掉下堆積在火山口，其過程與“塌方”十分相似，最終就成了我們看到的“破碗”。

不僅“外貌”不太一樣，破火山口的“性格”與成層火山也不太一樣，成層火山是一個脾氣急躁的“小伙子”，脾氣來得急，去得也快，破火山口則更像一個“老好人”，平時不聲不響，脾氣溫和，被逼急了就會大爆發(fā)。

一般情況下，巖漿被巖漿室堅固的巖石團(tuán)團(tuán)包圍，無法噴發(fā)出來，可惜再堅固的石頭房子也抵擋不住持續(xù)不斷的熱火烘烤。在成層火山中，從地球深處（60～100千米深）涌出的熾熱巖漿會不斷注入巖漿室，巖漿室中的壓力逐漸增加，直到巖漿沖破巖石的封堵，爆發(fā)火山。破火山口火山噴發(fā)的機(jī)理則不同，因為它的巖漿室夠大，能容納更多的巖漿，所以它的噴發(fā)時間間隔很長。但是，隨著時間的流逝，巖漿室越來越滿，巖漿中包含的熱量會熔化巖漿室頂部的巖石，使得阻止巖漿上浮的力減弱，最終巖漿上升，火山噴發(fā)。

因為大多數(shù)火山的巖漿室不能長大到足以形成破火山口火山，所以破火山口火山噴發(fā)的次數(shù)比成層火山的噴發(fā)少見得多，巖漿往往在較小的火山噴發(fā)中流失。但其規(guī)模也更大，例如，位于意大利南部的維蘇威火山噴發(fā)后產(chǎn)生的火山巖最多只能到達(dá)540千米外的意大利威尼斯市，但鄰近位置的另一座火山——坎皮弗萊格瑞火山所噴出的巖石卻可以在4000千米之外的俄羅斯找到。

依據(jù)這些知識，科學(xué)家們可以使用計算機(jī)模型預(yù)測火山災(zāi)害。像坎皮弗萊格瑞這樣的破火山口火山，噴發(fā)力度更大，能夠影響的區(qū)域范圍更大。然而，由于形成非常大的巖漿室極其困難，這樣的噴發(fā)非常罕見，而維蘇威那樣較小的火山，雖然影響范圍更小，但可能更頻繁地發(fā)生，相形之下也更加危險。

追蹤火山的一生

然而，這些基礎(chǔ)知識對于預(yù)測火山的危害遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，甚至有些時候還會出現(xiàn)反例。最近，科學(xué)家提出了一個新思路：無論哪種火山，它一次爆發(fā)會消耗大部分的巖漿，需要很長時間，巖漿重新匯聚才會再次爆發(fā)，那么我們能不能跟蹤火山從上一次爆發(fā)到下一次爆發(fā)的全過程，以弄清楚火山爆發(fā)的周期，更準(zhǔn)確地預(yù)測火山爆發(fā)時間呢？

一個由俄羅斯和德國科學(xué)家組成的聯(lián)合團(tuán)隊正在跟蹤火山的生活周期，他們的研究對象是位于俄羅斯遠(yuǎn)東地區(qū)堪察加半島的別濟(jì)米安納火山。別濟(jì)米安納火山是一座典型的成層火山，但截至20世紀(jì)50年代，它已經(jīng)休眠了1000多年，直到1956年，別濟(jì)米安納火山戲劇性突然爆發(fā)，噴出物體積約0.45立方千米，火山灰柱飆升到超過35千米的高度，火山熔巖將整個火山東側(cè)都沖掉了，移走了大約70萬立方米的巖石。此后，它成為了世界上最活躍的火山之一。

研究團(tuán)隊仔細(xì)分析了60多年來別濟(jì)米安納火山的所有數(shù)據(jù)，包括大量蘇聯(lián)時期的照片，結(jié)合更多最近的衛(wèi)星照片，科學(xué)家們能夠重現(xiàn)這座火山的生命周期。根據(jù)科學(xué)家的說法，自1956年爆發(fā)以來的幾十年里，別濟(jì)米安納火山的大部分已經(jīng)恢復(fù)，未來的10～15年內(nèi)它將恢復(fù)到1956年的大小和高度——那時很可能會出現(xiàn)另一次大爆發(fā)。換句話說，別濟(jì)米安納火山將在短短80年內(nèi)完成一個完整的生命周期——比普通火山快許多倍。

科學(xué)家們理解了別濟(jì)米安納火山如此迅速地重建的過程。1956年火山爆發(fā)后形成了兩個相距約400米的熔巖穹丘，穹丘間連接著一條巖漿通道，巖漿在其中緩緩流動。到20世紀(jì)70年代中期，隨著管道的移動，熔巖穹丘變得越來越大，將它們之間的距離縮小到200米。在2000年左右，兩條管道連接起來，形成了一個被幾乎對稱的火山錐包圍的中央火山口管道，就像1956年前那樣?？茖W(xué)家還研究了附近的舍維留奇火山的數(shù)據(jù)，作為對比，這座火山遲遲無法建立新的火山口，也許就是因為缺少熔巖穹丘。這些結(jié)果為該團(tuán)隊提供了更多關(guān)于火山何時穩(wěn)定、何時噴發(fā)的知識，這將有助于預(yù)測火山的活動。

火山崩塌也危險

有時候火山山體的變化也能造成災(zāi)難，比如前文提到的印尼巽他海峽的海嘯就是因為喀拉喀托火山側(cè)翼崩塌引起的。跟蹤火山的一生，除了能預(yù)測噴發(fā)時間，還能了解火山山體的變化。

1883年，喀拉喀托火山曾發(fā)生過一次劇烈爆發(fā)，此次爆發(fā)釋放了相當(dāng)于2億噸TNT的能量，即廣島原子彈的1.3萬倍，遠(yuǎn)在3500千米外的澳大利亞和4800千米外的毛里求斯島都可以聽到爆發(fā)的巨響。這次爆發(fā)后，喀拉喀托火山成為了一座典型的破火山口火山，此后的火山活動規(guī)模都十分小，從未造成人員傷亡，直到2018年引發(fā)海嘯。

來自印尼和英國的聯(lián)合研究團(tuán)隊考察了喀拉喀托火山噴發(fā)物質(zhì)的物理、化學(xué)和微觀紋理特征，發(fā)現(xiàn)該火山在崩塌前已經(jīng)噴發(fā)了大約 6個月，小規(guī)模的巖漿緩慢吞噬著火山，陸橋被漸漸熔斷，最終三分之二以上的火山山體滑入了大海。這一事件引發(fā)了一場毀滅性的海嘯，淹沒了爪哇和蘇門答臘的海岸線，導(dǎo)致400多人死亡。目前的火山監(jiān)測方法能夠記錄到地震活動和巖漿通過火山上升引起的其他信號，但由于這場災(zāi)難不是巖漿強(qiáng)行進(jìn)入地表并引發(fā)滑坡造成的，所以使用這些技術(shù)無法預(yù)測。

但運(yùn)用俄羅斯和德國科學(xué)家所使用的跟蹤方法，人們將可以提前預(yù)測類似災(zāi)難?？茖W(xué)家們正在密切監(jiān)視夏威夷東南海岸的基拉韋厄火山。根據(jù)觀測結(jié)果，基拉韋厄火山的南部側(cè)翼正在以每年大約10厘米的速度緩慢下滑，科學(xué)家們擔(dān)心來自重力和新巖漿的壓力會突然加速山體滑動，導(dǎo)致側(cè)翼坍塌?；f厄火山側(cè)翼的崩塌將對夏威夷造成巨大威脅，所造成的海嘯的能量將擴(kuò)散到一個非常大的區(qū)域，計算表明，根據(jù)距離的遠(yuǎn)近不同，沖擊美國主要海岸的海浪可能高達(dá)1至5米。

如今，全球有超過5億人生活在火山附近，為了安全，我們需要更深入地了解它們。有的火山一刻不停地向外噴氣，還有的火山幾千年都不會噴發(fā)一次，但“體內(nèi)活動”卻十分活躍，只有了解火山的生活史，才能搞清楚火山運(yùn)動和噴發(fā)的原因，這有助于預(yù)測未來的火山噴發(fā)及其影響。

（摘自《大科技》2024年第8期）