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(zhǔn)確預(yù)測？



毫無征兆的爆發(fā)

　　當(dāng)?shù)貢r(shí)間12月9日，新西蘭東海岸附近的懷特島火山爆發(fā)。當(dāng)時(shí)，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(rèn)8人死亡，31人因燒傷住院，其中23人傷情嚴(yán)重，另有8人仍然下落不明。警方表示，他們?cè)诳罩兴阉髦袥]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(shí)上，懷特島的火山爆發(fā)早有預(yù)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(qiáng)烈的震顫。11月18日，監(jiān)測機(jī)構(gòu)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(jí)警報(bào)，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(gè)月的監(jiān)測數(shù)據(jù)指出懷特島火山處于更危險(xiǎn)的時(shí)期，但近期是否會(huì)爆發(fā)、具體何時(shí)爆發(fā)，仍然難下結(jié)論。另外，正如地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測項(xiàng)目GeoNet的火山學(xué)家所言，這次火山爆發(fā)“很突然，持續(xù)時(shí)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(jī)構(gòu)發(fā)布準(zhǔn)確預(yù)警的機(jī)會(huì)。那么，為什么準(zhǔn)確預(yù)測這次火山爆發(fā)，會(huì)如此困難？

　　難以預(yù)測的射氣噴發(fā)

　　這個(gè)問題的答案，與懷特島火山的爆發(fā)方式有關(guān)。

　　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(gè)連續(xù)爆發(fā)的時(shí)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(yùn)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(shí)，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(huì)打破熱液系統(tǒng)的脆弱平衡，導(dǎo)致這些熱液的壓力釋放，產(chǎn)生由蒸汽驅(qū)動(dòng)的火山爆發(fā)。

　　由蒸汽驅(qū)動(dòng)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(huì)導(dǎo)致水瞬間形成蒸汽，這個(gè)過程的速度甚至超過了音速。這時(shí)，水迅速膨脹到原始體積的1700倍，繼而產(chǎn)生災(zāi)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(zhǔn)確預(yù)測爆發(fā)時(shí)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(huì)給生物造成沖擊傷和燒傷；噴出的濕火山灰和粗顆粒也會(huì)形成氣流，損傷動(dòng)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(huì)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(dòng)，并且新西蘭的其他火山區(qū)同樣有可能會(huì)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(zhì)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(dǎo)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(qū)動(dòng)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(qū)動(dòng)方式的不同，也造成了預(yù)測難度的差異。

　　相比之下，兩種由巖漿驅(qū)動(dòng)的火山噴發(fā)的后果往往更加嚴(yán)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(dǎo)致阻擋它的巖石破裂，這個(gè)過程往往會(huì)導(dǎo)致微弱的地震。通過對(duì)地震波（次聲波）和地震時(shí)長的監(jiān)測，火山學(xué)家通?？梢耘袛喑龌鹕絻?nèi)部的結(jié)構(gòu)，并預(yù)測火山爆發(fā)的時(shí)間。2010年，科學(xué)家通過次聲波傳感器陣列，成功預(yù)測了意大利埃特納火山的57次爆發(fā)。

　　此外，比較常用的預(yù)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(xué)成分、溫度和水量的變化。火山口周圍SO2、H2S和CO2濃度的突然上升，也能作為輔助判斷火山噴發(fā)時(shí)間的的依據(jù)。

　　但對(duì)于射氣噴發(fā)，火山學(xué)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(duì)懷特島火山發(fā)出的警報(bào)），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(xué)家無法準(zhǔn)確預(yù)測火山爆發(fā)時(shí)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(shí)，沒有檢測到任何火山的地震活動(dòng)，也沒有觀測到火山活動(dòng)加劇的跡象，最終這次火山爆發(fā)導(dǎo)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(dāng)時(shí)導(dǎo)致了63名游客死亡。事后，名古屋大學(xué)的科學(xué)家調(diào)查了這次火山爆發(fā)的動(dòng)態(tài)過程。他們發(fā)現(xiàn)在火山爆發(fā)前7分鐘，有兩個(gè)監(jiān)測站點(diǎn)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(dǎo)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(dòng)，最終被巨大的壓力擠碎，導(dǎo)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(duì)于火山活動(dòng)預(yù)警來說，這樣的時(shí)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?zé)o疑阻礙了對(duì)此類火山噴發(fā)的預(yù)警。

　　新西蘭地球科學(xué)研究和監(jiān)視機(jī)構(gòu)GNS Science的火山學(xué)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(jìn)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(yù)警等級(jí)由4級(jí)重新降回了2級(jí)。但暫時(shí)無法確定的是，懷特島火山是否還會(huì)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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