人類該拿火山怎么辦？

石出

火山爆發(fā)是地球上危害最大的災(zāi)難之一，5500萬年前的一場大規(guī)模火山爆發(fā)使得大量深海生物走向滅絕，四百多年前噴涌而出的火山巖漿將當時的發(fā)達城市——龐貝古城一舉摧毀……如今地球上還有數(shù)百座隨時可能爆發(fā)的火山，我們該拿這些“不定時炸彈”怎么辦呢？

炮轟火山，可以一試

向爆發(fā)中的火山發(fā)射炮彈以阻止其噴發(fā)或讓巖漿改道，聽上去是個瘋狂的主意，可是當美國人這樣做后，卻收到了意想不到的效果。

雖然炮轟火山聽上去很不可思議，但其實是有理論基礎(chǔ)的，當洪水來臨時，如果有山坳堵在前方，洼地就會被洪水淹沒，這時我們需要炸開堵路的丘陵，避免造成洪災(zāi)。從這個做法得到啟發(fā)，美國火山學家托馬斯·賈格加爾提出，用炸彈轟炸火山，炸出新的巖漿通道，從而讓巖漿改變方向，不再威脅下游城市。

美國人首次在1935年嘗試了這一做法。這一年，夏威夷冒納羅亞火山噴發(fā)，這是一個著名的活火山，在過去的數(shù)百年間，它曾經(jīng)多次爆發(fā)，人們深受其害卻又無可奈何，于是在聽說這個有些瘋狂卻又有可行性的主意后，他們決定冒險一試。

事實上，炮轟火山也許是此時唯一的救命稻草了——經(jīng)過一個月的噴涌和聚積，大量火山巖漿集中流向了夏威夷島的中心城市希洛，巖漿一旦流入希洛城，將淹沒和燒毀整個城市。美國人將炮轟火山提上了日程，他們計劃用多枚炸彈轟炸熔巖流的硬質(zhì)外殼（被稱為“熔巖殼”），使地下的巖漿從不同的方向溢出，掐斷流向希洛城的熔巖流。

1935年，在美國夏威夷冒納羅亞火山上爆炸的炸彈。

火山爆發(fā)過程與炸彈作用示意圖

最終，在當年12月27日，美國啟用了10架軍機，在火山熔巖流經(jīng)地段的兩個目標區(qū)域，投下了20枚炸彈。其中，有5枚炸彈直接擊中了熔巖流，其他炸彈則炸在了已凝固熔巖上。命中熔巖流的炸彈，激起了60米高的巖漿浪花，熔巖殼上出現(xiàn)了平均直徑約6.7米，深度為2米的彈坑。又經(jīng)過幾天，在1936年1月2日，熔巖流停止了流動，希洛城轉(zhuǎn)危為安。

多次炮轟，效果有好有壞

無獨有偶，幾十年后意大利人再次采用了炮轟火山的方法。意大利西西里島上的埃特納火山也是一座非常活躍的火山，幾十年間有過多次的噴發(fā)，當?shù)毓俜讲粩鄬ふ抑鞣N解決方案，炮轟火山也是其中之一，不過這個方法效果難以預(yù)測。

1983年，埃特納火山的熔巖流到了農(nóng)田里，人們試圖用炸藥來改變?nèi)蹘r流的走向，工程師將炸藥放置在巖漿流經(jīng)的區(qū)域，在巖漿經(jīng)過時引爆了炸藥。可惜適得其反，炸藥爆炸后非但沒有改變巖漿的走向，反而為其開辟了一條新的通道，讓巖漿流向了城鎮(zhèn)的更多區(qū)域。

1992年，火山再次劇烈爆發(fā)，為了阻止巖漿流向城鎮(zhèn)，當?shù)厝瞬坏貌恢匦虏捎谩稗Z炸火山”的方法。這次他們吸取了上次的教訓，在熔巖管道的多個位置放置了炸藥，將周圍的巖漿通道全部炸毀，無處可去的巖漿流入了事先設(shè)置好的人工通道里，沒過多久就冷卻硬化，最終完全停止了。

雖然意大利人此次行動成功了，但讓他們總結(jié)成功經(jīng)驗卻很難說出所以然來，因為炸藥所能達到的影響是有限的，設(shè)置多少炸藥，放置在什么位置，決定著爆炸能對熔巖通道產(chǎn)生多大的影響，是否能真正促使巖漿改道甚至冷卻凝固。但不同地方的火山有著不同的地理地質(zhì)條件，比如埃特納火山山體陡峭，原有通道被破壞后，巖漿改道的可能性大，而夏威夷火山坡度較緩，使用炸藥來開辟巖漿新通道的方法成功率較低。而且，火山爆發(fā)的原因和巖漿的流向受到許多復(fù)雜因素的影響，人類還沒完全了解，對于不同的火山，“炸彈轟炸法”能否奏效不能一概而論。

此外，雖然這些轟炸行為沒有造成更嚴重的后果，但不是說危險就不存在。當炸彈爆炸的時候，混合著壓力的增加，反而可能會助長火山爆發(fā)的威力，這股力量會釋放出更多的火山灰和熔巖，其威力甚至比火山本身的力量還要大。更有甚者，采用空中投擲炸彈的方法還有搞錯位置和提前引爆的風險，到時候，一場天災(zāi)很可能就會變成人禍。

水漫金山，后果難料

如果說炮轟火山，“以毒攻毒”的想法有些讓人難以接受的話，用水來澆滅巖漿可能是我們直覺能想到的方法，那么這個方法好用嗎？

美國宇航局的科學家還真提出了一個類似的方案，他們想用鉆探設(shè)備鉆到火山里，朝巖漿潑冷水，預(yù)防火山的爆發(fā)。他們還為此探討了方案的實施可能性，比如人類能否向火山中鉆洞。迄今為止，人類鉆出的最深的洞叫做科拉超深鉆孔，蘇聯(lián)人在冷戰(zhàn)期間就已經(jīng)成功鉆入地殼以下12262米，后來因為資金枯竭他們才停止了繼續(xù)往下鉆;此外，人們也在世界各地鉆了不同深度的孔洞，有的是為了地質(zhì)研究，有些則是提取地熱資源等。由此可見，人類現(xiàn)在已經(jīng)掌握了向地底鉆洞的技術(shù)。

太平洋島國湯加附近的一座海底火山噴發(fā)的威力是在廣島投下的原子彈爆炸能量的數(shù)百倍。

但是，向火山鉆洞比在平地鉆洞要危險得多，鉆井設(shè)備可能因為工作環(huán)境的粘度、高溫和高壓而無法工作，也可能會遇到被困住的高壓熔巖，熔巖會引發(fā)爆炸甚至沖出鉆孔，人為觸動火山爆發(fā)。當然，這些問題也可以解決，比如尋找耐高溫高壓的特殊材料制造鉆探設(shè)備、在鉆探過程中監(jiān)控火山活動的信號避免觸發(fā)火山等。

不過，即使以上這些問題都能解決，我們真的成功在火山中鉆了一個洞，也沒有提前“引爆”它，又需要多少水才能讓它冷卻下來呢？火山巖漿是地幔的熔融巖石，其總量比地球上所有的水還多，而且?guī)r漿溫度比水的沸點也要高得多，需要比巖漿多得多的水才能冷卻它們，因此靠地球上的水來冷卻火山幾乎是不可能的事。

那么，如果等到火山爆發(fā)，再調(diào)動冷水來“滅火”，會有效果嗎？我們現(xiàn)在已經(jīng)能預(yù)測火山何時爆發(fā)了：火山噴發(fā)前，會有一系列地質(zhì)變化，例如地溫升高、小地震多發(fā)、火山顫動增加、噴出氣體變多、火山口湖水位變化、火山周圍的磁電特征改變等，對這些特性加以監(jiān)測，可以綜合判斷火山噴發(fā)的可能性。知道了火山何時會爆發(fā)，提前調(diào)配冷水就可以實現(xiàn)了。

不過，用冷水澆滅火山可能有些困難，看看海底火山就知道了。我們知道，有一種島嶼叫做火山島，海底火山噴出巖漿，形成了水下的山丘、石柱，經(jīng)過幾千年甚至幾十萬年，露出海面就成了島嶼，如果海水較淺、水壓較低，火山巖漿還可能噴出水面，巖漿冷卻、凝固成巖，也會堆積成為島嶼。海洋中的海水這么多，海底火山仍然頻繁爆發(fā)，形成了數(shù)量不少的火山島，比如著名的夏威夷群島和阿留申群島等，這就說明水澆火山效果有限。以水滅火的原理是把燃燒物與空氣隔開，但巖漿的噴發(fā)是高壓所致，本身就不需要空氣，海水對其只能降溫而無法熄滅，甚至還可能起到反效果——冷水遇到高溫的巖漿，迅速變成蒸汽，引發(fā)爆炸。

科學利用水的力量

對此，我們也不必太過失望，最近的一項研究表明，冷水也許能起到一定的遏制火山的效果。瑞士蘇黎世聯(lián)邦理工學院的火山學家奧利維爾·巴赫曼分析了245次火山噴發(fā)的數(shù)據(jù)，模擬了促進火山噴發(fā)的各種因素，發(fā)現(xiàn)水在其中起了重要作用——水在與巖漿的相互作用中會產(chǎn)生大量氣泡，充滿氣泡的火山就像一瓶經(jīng)過劇烈搖晃的可樂，巨大的壓力大大提高了巖漿沖破地表的可能性。數(shù)據(jù)模擬表明，如果火山的巖漿管道很少且含水量超過3.5%的話，火山爆發(fā)的風險非常高，因為管道越少，氣泡越多，氣泡逸出的機會越少，火山內(nèi)部的壓力越高。

但是，讓人驚訝的是，如果火山的含水量繼續(xù)增加，情況會發(fā)生逆轉(zhuǎn)：當含水量超過5.5%時，火山爆發(fā)的風險會顯著下降。對這種結(jié)果，巴赫曼做了一些猜想，當含水量非常高時，氣泡不僅會充滿巖漿管道，還會擠占巖漿庫。巖漿庫是指在地殼的深處及上地幔中的某些地方，由于局部溫度的升高，而形成囊狀的硅酸鹽巖漿熔體的地方。

在火山噴發(fā)之前，熾熱的巖漿從地底深處上升并進入巖漿庫，一旦巖漿庫中的壓力高到足以使上覆的巖石破裂，就會發(fā)生噴發(fā)。巖漿庫中存在的氣泡延遲了火山的噴發(fā)，從而降低了最終爆發(fā)的風險：它們會被從下方上升的物質(zhì)壓縮，從而減緩巖漿庫中的壓力積聚，使火山噴發(fā)延遲;這種延遲使巖漿管道中的氣體有時間從巖漿中逸出，而不會發(fā)生爆炸。

如果這項研究的結(jié)論是正確的，我們就獲得了預(yù)防火山爆發(fā)的好方法：當監(jiān)測到火山有爆發(fā)可能時，人們可以計算巖漿庫中氣泡的數(shù)量以及巖漿管道的數(shù)量和分布情況等，據(jù)此確定向火山中注入多少水就可以抑制其爆發(fā)。

大自然的力量是巨大的，人類究竟是否能征服火山，現(xiàn)在下判斷還為時尚早。