地震科普：造成慘重傷亡的新西蘭火山爆發(fā)，為什么完全無法準確預測？



毫無征兆的爆發(fā)

　　當?shù)貢r間12月9日，新西蘭東海岸附近的懷特島火山爆發(fā)。當時，47名游客正在懷特島上參觀，突如其來的火山爆發(fā)造成了慘重死傷：目前確認8人死亡，31人因燒傷住院，其中23人傷情嚴重，另有8人仍然下落不明。警方表示，他們在空中搜索中沒有發(fā)現(xiàn)任何生命跡象，因此失蹤者生還的可能性不大。其中，傷者中有兩名中國公民。

　　事實上，懷特島的火山爆發(fā)早有預兆。早在10月30日，監(jiān)測人員就發(fā)現(xiàn)懷特島火山口的二氧化硫（SO2）氣體濃度增加，并且在巖漿的撞擊下，火山出現(xiàn)了2016年至今最強烈的震顫。11月18日，監(jiān)測機構發(fā)現(xiàn)SO2氣體濃度持續(xù)上升，并發(fā)布了懷特島火山噴發(fā)2級警報，表示火山處于“中度”活躍狀態(tài)，但并非即將爆發(fā)。

　　雖然上個月的監(jiān)測數(shù)據(jù)指出懷特島火山處于更危險的時期，但近期是否會爆發(fā)、具體何時爆發(fā)，仍然難下結論。另外，正如地質災害監(jiān)測項目GeoNet的火山學家所言，這次火山爆發(fā)“很突然，持續(xù)時間很短暫”。不同于一些在噴發(fā)前有明顯跡象的火山，懷特島火山直至爆發(fā)，也沒有給監(jiān)測機構發(fā)布準確預警的機會。那么，為什么準確預測這次火山爆發(fā)，會如此困難？

　　難以預測的射氣噴發(fā)

　　這個問題的答案，與懷特島火山的爆發(fā)方式有關。

　　懷特島火山是新西蘭最活躍的活火山。從2011年起，懷特島火山處于一個連續(xù)爆發(fā)的時期，但大多數(shù)只是小型的火山爆發(fā)。最近的一次較大的火山爆發(fā)出現(xiàn)在2011年，但幸運的是，這次火山爆發(fā)發(fā)生在夜間，并沒有游客在島上參觀。

　　這次火山爆發(fā)出現(xiàn)在白天。在此之前，蓄勢待發(fā)的巖漿聚集在火山的巖漿房中。爆發(fā)之前，這座火山的巖漿深度很淺，其攜帶的熱量與高溫氣體足以使地表和地下水形成活躍的熱液系統(tǒng)。

　　這時，火山內(nèi)巖石孔隙中的水處于過熱狀態(tài)。在這種情況下，任何外力過程，如地震、地下氣體的涌入，甚至是湖水水位的上升，都會打破熱液系統(tǒng)的脆弱平衡，導致這些熱液的壓力釋放，產(chǎn)生由蒸汽驅動的火山爆發(fā)。

　　由蒸汽驅動的火山爆發(fā)，也稱為熱液噴發(fā)或射氣噴發(fā)（phreatic eruption）。這種火山爆發(fā)會導致水瞬間形成蒸汽，這個過程的速度甚至超過了音速。這時，水迅速膨脹到原始體積的1700倍，繼而產(chǎn)生災難性的影響。

　　這種爆發(fā)產(chǎn)生的能量，足以粉碎巖石，撞開火山口，并將巖石碎片和火山灰噴射至空中。在這次懷特島的火山爆發(fā)中，火山灰更是被拋射到了距火山口3000米的高空。而這類火山噴發(fā)通常表現(xiàn)為前兆少，無法準確預測爆發(fā)時間。

　　這類由蒸汽引發(fā)的火山爆發(fā)的危害有：被噴出高溫巖石和火山灰，會給生物造成沖擊傷和燒傷；噴出的濕火山灰和粗顆粒也會形成氣流，損傷動物的呼吸道。這些損傷都是致命的。

　　熱液形式的火山爆發(fā)一旦發(fā)生，由于火山周圍的熱液系統(tǒng)需要重新平衡，在很大概率上會繼續(xù)產(chǎn)生一系列小的火山爆發(fā)。懷特島火山在未來仍將經(jīng)歷這些劇烈活動，并且新西蘭的其他火山區(qū)同樣有可能會受到影響。

　　更多火山噴發(fā)類型

　　根據(jù)誘發(fā)火山噴發(fā)的物質類型不同，火山噴發(fā)包括巖漿噴發(fā)、射氣-巖漿混合噴發(fā)和導致懷特島火山爆發(fā)的射氣噴發(fā)3大類。相比于主要由高溫氣體驅動的射氣噴發(fā)，前兩種噴發(fā)方式主要是由于地下的巖漿逐漸上升至接近地表的位置，最終從裂隙中流出或噴出造成的。驅動方式的不同，也造成了預測難度的差異。

　　相比之下，兩種由巖漿驅動的火山噴發(fā)的后果往往更加嚴重，但監(jiān)測系統(tǒng)也更加完善。

　　在這兩類火山噴發(fā)前，上涌的巖漿導致阻擋它的巖石破裂，這個過程往往會導致微弱的地震。通過對地震波（次聲波）和地震時長的監(jiān)測，火山學家通?？梢耘袛喑龌鹕絻?nèi)部的結構，并預測火山爆發(fā)的時間。2010年，科學家通過次聲波傳感器陣列，成功預測了意大利埃特納火山的57次爆發(fā)。

　　此外，比較常用的預測方式還包括監(jiān)測地面變形（也是巖漿房上升和熱氣噴發(fā)造成的），以及監(jiān)測火山口湖的化學成分、溫度和水量的變化?；鹕娇谥車鶶O2、H2S和CO2濃度的突然上升，也能作為輔助判斷火山噴發(fā)時間的的依據(jù)。

　　但對于射氣噴發(fā)，火山學家可以通過監(jiān)測火山口的氣體監(jiān)測和山體震顫，判斷火山的活躍程度（正如11月對懷特島火山發(fā)出的警報），但由于最終打破熱液系統(tǒng)平衡的外力無從知曉，因此火山學家無法準確預測火山爆發(fā)時間。

　　2013年，菲律賓馬榮火山的射氣噴發(fā)持續(xù)了73秒。在噴發(fā)前24小時，沒有檢測到任何火山的地震活動，也沒有觀測到火山活動加劇的跡象，最終這次火山爆發(fā)導致了5名登山者死亡。

　　2014年，日本御岳火山也經(jīng)歷了一次典型的射氣噴發(fā)，當時導致了63名游客死亡。事后，名古屋大學的科學家調查了這次火山爆發(fā)的動態(tài)過程。他們發(fā)現(xiàn)在火山爆發(fā)前7分鐘，有兩個監(jiān)測站點的傾斜度發(fā)生了變化。

　　在火山爆發(fā)前，御岳火山下方的巖石中出現(xiàn)了一處深1.1千米的裂痕，導致了山體的傾斜。這塊巨大的巖石很有可能阻礙了水蒸氣向上流動，最終被巨大的壓力擠碎，導致了火山爆發(fā)。從巖石碎裂到火山噴發(fā)之間只有7分鐘，對于火山活動預警來說，這樣的時長也顯得不太夠。

　　總之，射氣噴發(fā)的前兆少、缺乏研究數(shù)據(jù)，這些因素無疑阻礙了對此類火山噴發(fā)的預警。

　　新西蘭地球科學研究和監(jiān)視機構GNS Science的火山學家說，自懷特火山爆發(fā)以來，火山震顫加劇了，這表明火山內(nèi)部氣壓仍然很高，并且有可能進一步爆發(fā)。

　　在12月9日的爆發(fā)后，懷特島火山又出現(xiàn)了3次較小的噴發(fā)。目前，火山爆發(fā)的預警等級由4級重新降回了2級。但暫時無法確定的是，懷特島火山是否還會再次劇烈噴發(fā)，也無法確定下次火山噴發(fā)的類型。

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