火山暗藏的未來信息

2018年，印度尼西亞巽他海峽發生了一起嚴重的海嘯災難，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。經過后續調查，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控中，并沒有發現任何它可能噴發的跡象，喀拉喀托火山是如何引發海嘯的？

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。事實上，除了這種火山（學名叫作成層火山）外，還有一種常見的火山，由于它的頂端像一個破碎的大碗，火山學家稱之為“破火山口”。

破火山口的成因并不復雜——它是火山噴發后冷卻下來的樣子。火山噴發前，熔融的巖漿被儲存在火山口下方5～15千米的巖漿室里。當成層火山噴發時，只有一小部分巖漿從巖漿室中噴發，冷卻后形成圓錐體。但破火山口火山不同，當它們噴發時，大量巖漿噴涌而出，把巖漿室內的巖漿幾乎都噴發干凈了，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。

一般情況下，巖漿被巖漿室堅固的巖石團團包圍，無法噴發出來，可惜再堅固的石頭房子也抵擋不住持續不斷的熱火烘烤。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，爆發火山。破火山口火山噴發的機理則不同，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。

因為大多數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的次數比成層火山的噴發少見得多，巖漿往往在較小的火山噴發中流失。但其規模也更大，例如，位于意大利南部的維蘇威火山噴發后產生的火山巖最多只能到達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。

依據這些知識，科學家們可以使用計算機模型預測火山災害。像坎皮弗萊格瑞這樣的破火山口火山，噴發力度更大，能夠影響的區域范圍更大。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，但可能更頻繁地發生，相形之下也更加危險。

追蹤火山的一生

然而，這些基礎知識對于預測火山的危害遠遠不夠，甚至有些時候還會出現反例。最近，科學家提出了一個新思路：無論哪種火山，它一次爆發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，那么我們能不能跟蹤火山從上一次爆發到下一次爆發的全過程，以弄清楚火山爆發的周期，更準確地預測火山爆發時間呢？

一個由俄羅斯和德國科學家組成的聯合團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東地區堪察加半島的別濟米安納火山。別濟米安納火山是一座典型的成層火山，但截至20世紀50年代，它已經休眠了1000多年，直到1956年，別濟米安納火山戲劇性突然爆發，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。

研究團隊仔細分析了60多年來別濟米安納火山的所有數據，包括大量蘇聯時期的照片，結合更多最近的衛星照片，科學家們能夠重現這座火山的生命周期。根據科學家的說法，自1956年爆發以來的幾十年里，別濟米安納火山的大部分已經恢復，未來的10～15年內它將恢復到1956年的大小和高度——那時很可能會出現另一次大爆發。換句話說，別濟米安納火山將在短短80年內完成一個完整的生命周期——比普通火山快許多倍。

科學家們理解了別濟米安納火山如此迅速地重建的過程。1956年火山爆發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。科學家還研究了附近的舍維留奇火山的數據，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。這些結果為該團隊提供了更多關于火山何時穩定、何時噴發的知識，這將有助于預測火山的活動。

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翼崩塌引起的。跟蹤火山的一生，除了能預測噴發時間，還能了解火山山體的變化。

1883年，喀拉喀托火山曾發生過一次劇烈爆發，此次爆發釋放了相當于2億噸TNT的能量，即廣島原子彈的1.3萬倍，遠在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的巨響。這次爆發后，喀拉喀托火山成為了一座典型的破火山口火山，此后的火山活動規模都十分小，從未造成人員傷亡，直到2018年引發海嘯。

來自印尼和英國的聯合研究團隊考察了喀拉喀托火山噴發物質的物理、化學和微觀紋理特征，發現該火山在崩塌前已經噴發了大約 6個月，小規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。這一事件引發了一場毀滅性的海嘯，淹沒了爪哇和蘇門答臘的海岸線，導致400多人死亡。目前的火山監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，但由于這場災難不是巖漿強行進入地表并引發滑坡造成的，所以使用這些技術無法預測。

但運用俄羅斯和德國科學家所使用的跟蹤方法，人們將可以提前預測類似災難。科學家們正在密切監視夏威夷東南海岸的基拉韋厄火山。根據觀測結果，基拉韋厄火山的南部側翼正在以每年大約10厘米的速度緩慢下滑，科學家們擔心來自重力和新巖漿的壓力會突然加速山體滑動，導致側翼坍塌。基拉韋厄火山側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散到一個非常大的區域，計算表明，根據距離的遠近不同，沖擊美國主要海岸的海浪可能高達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一次，但“體內活動”卻十分活躍，只有了解火山的生活史，才能搞清楚火山運動和噴發的原因，這有助于預測未來的火山噴發及其影響。

（摘自《大科技》2024年第8期）