美國(guó)最危險(xiǎn)火山劇烈噴發(fā)3個(gè)月：竟然是因?yàn)橛晗露嗔耍?/h1>
夏威夷是一個(gè)發(fā)育在地幔熱點(diǎn)上的火山島鏈，頻繁的火山活動(dòng)造就了夏威夷群島，但火山的威脅也成為了懸在當(dāng)?shù)鼐用窈陀慰皖^頂?shù)摹斑_(dá)摩克利斯之劍”。作為群島上活動(dòng)最頻繁的一座火山，基拉韋厄火山被美國(guó)地質(zhì)調(diào)查局評(píng)為美國(guó)最危險(xiǎn)的火山。
基拉韋厄火山是夏威夷群島上活動(dòng)最頻繁的一座火山。2018年5月開(kāi)始，基拉韋厄火山經(jīng)歷了一系列大規(guī)模的噴發(fā)事件。綜合持續(xù)時(shí)間、復(fù)雜性等因素，火山學(xué)家將這次噴發(fā)評(píng)價(jià)為“在現(xiàn)代記錄中前所未有的一次火山噴發(fā)”。
然而近2年過(guò)去了，火山學(xué)家仍然不清楚是什么引發(fā)了這次火山活動(dòng)。
近日，一項(xiàng)發(fā)表于《自然》的論文提出了一個(gè)爭(zhēng)議性的新觀點(diǎn)—;—;這次火山噴發(fā)或許與降水有關(guān)。
基拉韋厄火山噴發(fā)（圖片來(lái)源：U.S. Geological Survey）
自1983年起，基拉韋厄火山的噴發(fā)幾乎就沒(méi)有停過(guò)，不過(guò)由于巖漿粘性低、流動(dòng)性高，這里很少發(fā)生人們想象中那種“一聲爆炸巨響后，巖漿噴上高空”的火山爆發(fā)。多數(shù)情況下，巖漿只會(huì)安靜地沿著破火山口或是裂隙流出。
當(dāng)?shù)貢r(shí)間2018年4月30日，基拉韋厄火山的Pu`u `O`o火山口突然崩塌，宣告了一輪尤為劇烈的火山噴發(fā)的開(kāi)始。
就在4天后，火山東部的地面突然開(kāi)裂，裂隙中先是噴出了富含二氧化硫的火山氣體，隨后就開(kāi)始涌出巖漿。流淌在門(mén)前院后的巖漿，迫使當(dāng)?shù)鼐用窦坝慰筒坏貌谎杆俪冯x。
5月10日，由于地下的巖漿大量從東部裂谷帶涌出，西部Halema'uma'u火山口內(nèi)的熔巖湖下降了近300米。
這樣的變化引發(fā)了連鎖反應(yīng)：由于內(nèi)部的巖漿流失，Halema'uma'u火山口在此后發(fā)生了數(shù)十次坍塌及爆炸，火山口升起了巨大的煙柱，甚至達(dá)到了9千米高。
然而5月只是個(gè)開(kāi)始，基拉韋厄火山的噴發(fā)并未就此停歇。到了6月初，火山的東部裂谷帶已經(jīng)形成了24條裂隙，涌出地表的巖漿（稱(chēng)為熔巖）流速可達(dá)約100立方米/秒，每天釋放的火山氣體超過(guò)了5.5萬(wàn)噸。
這時(shí)，地下淺層的巖漿基本消耗殆盡了，更深層的巖漿開(kāi)始上涌，一些裂隙中噴出的巖漿達(dá)到了80米高。
這些上千攝氏度的高溫流體在短短90分鐘內(nèi)就蒸發(fā)了島上最大的淡水湖，并沿著Kapoho灣的海岸流入海洋，最終冷卻形成了熔巖三角洲。
衛(wèi)星圖像顯示，6月3日（左）熔巖向Kapoho灣地區(qū)推進(jìn)，到了6月5日（右），熔巖已經(jīng)覆蓋了Kapoho灣的大部分地區(qū)，甚至流入海中。（圖片來(lái)源：DigitalGlobe, via Associated Press）
持續(xù)而劇烈的火山活動(dòng)直到8月初才慢慢平息下來(lái)，裂谷區(qū)流出的巖漿大大減少，二氧化硫排放量也急劇下降。
到9月22日夏威夷火山國(guó)家公園重新開(kāi)放時(shí)，基拉韋厄火山的巖漿覆蓋了該島約35.5平方千米的土地，摧毀了700余所房屋，流出的巖漿能填滿(mǎn)32萬(wàn)個(gè)奧林匹克標(biāo)準(zhǔn)泳池。
此次火山噴發(fā)的停歇，也標(biāo)志著始于1983年，持續(xù)了35年的基拉韋厄火山噴發(fā)終于暫告一段落。
降雨引發(fā)了火山噴發(fā)？
和許多火山學(xué)家一樣，在過(guò)去的近2年間，美國(guó)邁阿密大學(xué)的杰米·法夸爾森（Jamie Farquharson）和法爾克·阿梅?。‵alk Amelung）也致力于研究是什么導(dǎo)致了2018年基拉韋厄火山如此劇烈且持續(xù)的噴發(fā)。
在火山內(nèi)部，巖漿會(huì)聚集在一起，形成巖漿房。當(dāng)巖漿房?jī)?nèi)的壓力足夠大時(shí)，巖漿就能突破圍巖，上升到地表，并導(dǎo)致火山噴發(fā)。
一般來(lái)說(shuō)，在火山噴發(fā)前，這個(gè)壓力會(huì)導(dǎo)致地面發(fā)生幾十厘米的隆起，這也成為了人們預(yù)測(cè)火山噴發(fā)的一種有效手段。
然而在2018年基拉韋厄火山噴發(fā)前，并沒(méi)有觀察到明顯的地面隆起。合成孔徑雷達(dá)干涉測(cè)量（InSAR）數(shù)據(jù)顯示，從2014年中旬到2017年中旬，基拉韋厄火山附近地表的確發(fā)生了0.3米的隆起。
但是在此之后，直到2018年火山噴發(fā)前，地面隆起只有約0.01米,因此，法夸爾森和阿梅隆開(kāi)始考慮是否存在其他影響因素。
他們將目光投向了降水量，這時(shí)一個(gè)令人驚訝的巧合出現(xiàn)了：在2018年上旬，該地區(qū)出現(xiàn)了遠(yuǎn)超往年的大量降雨。
NASA的TRMM/GPM衛(wèi)星數(shù)據(jù)顯示，在2018年的第一季度，基拉韋厄火山附近的降水量達(dá)到了2.25米，而過(guò)去19年該地區(qū)第一季度的降水平均值僅為0.9米。
這使他們產(chǎn)生了一個(gè)新想法—;—;是不是大量降水導(dǎo)致了此次異常的火山噴發(fā)事件呢？
事實(shí)上，他們的猜測(cè)并不是毫無(wú)依據(jù)。過(guò)去曾有研究提出，過(guò)量的降水能夠?qū)е碌叵聭?yīng)力的變化，從而形成新斷層或是激活老斷層，并導(dǎo)致山體滑坡和地震等地質(zhì)現(xiàn)象。
另外，還有研究顯示，大雨落在灼熱的火山頂上后，可能會(huì)導(dǎo)致火山頂坍塌，從而引發(fā)火山爆發(fā)。然而這只是降水與淺層巖漿的直接作用，過(guò)去從未有研究將降水與地層深處的巖漿活動(dòng)聯(lián)系起來(lái)。
為了驗(yàn)證他們的想法，法夸爾森和阿梅隆建立了一個(gè)模型，模擬了在大量降雨后，基拉韋厄火山內(nèi)部流體壓力的變化。
按照他們的想法，降落的雨水會(huì)滲透到地下深層的巖石孔隙中，從而積累應(yīng)力，這份應(yīng)力可以直接導(dǎo)致地層機(jī)械性斷裂，并誘發(fā)火山活動(dòng)。
模型的運(yùn)算結(jié)果也支持了他們的假設(shè)。模型顯示，就在2018年那次火山噴發(fā)前，在地表以下約3千米的深度，流體壓力達(dá)到了半世紀(jì)以來(lái)的最高值。
除此之外，他們的假設(shè)還能解釋為何在火山噴發(fā)前沒(méi)有發(fā)生明顯的地表隆起：因?yàn)椴⒉皇菐r漿房?jī)?nèi)的壓力增加了，而是降雨帶來(lái)的壓力導(dǎo)致東部裂谷帶更加脆弱了。
換句話(huà)說(shuō)，并不是巖漿加大了“撞門(mén)”的力度，而是圍巖主動(dòng)“解開(kāi)了門(mén)鎖”，那么自然就看不到巖漿“撞門(mén)”的痕跡了。
他們隨后重新檢查了自1970年起，基拉韋厄火山噴發(fā)與降水量的關(guān)系。更令法夸爾森和阿梅隆興奮的是，夏威夷群島上“雨季”火山噴發(fā)的概率比“旱季”高出一倍—;—;盡管夏威夷群島上“雨季”比“旱季”要短，但仍有60%的火山噴發(fā)發(fā)生在“雨季”。
“我們?cè)绞巧钊胪诰驍?shù)據(jù)，就有越多的證據(jù)指向降雨導(dǎo)致了火山噴發(fā)這一結(jié)論?！狈錉柹@樣介紹道。
他還強(qiáng)調(diào)，如果基拉韋厄火山是這種情況，那么其他火山很可能也一樣：“已經(jīng)有研究證明，冰島冰蓋的融化會(huì)影響火山活動(dòng)。如果我們能確定在全球范圍內(nèi)，哪些地區(qū)的降水量和火山活動(dòng)間存在關(guān)聯(lián)，那將為火山活動(dòng)預(yù)報(bào)提供很大的幫助。”
存在爭(zhēng)議
在這項(xiàng)出人意料的研究發(fā)表后，也出現(xiàn)了許多質(zhì)疑的聲音。在接受《科學(xué)》雜志的采訪時(shí)，幾位相關(guān)研究者也提出了他們的懷疑。
英國(guó)東安格利亞大學(xué)的火山學(xué)家詹尼·巴克利（Jenni Barclay）認(rèn)為，降雨只可能是此次火山噴發(fā)的助因，而不是主要驅(qū)動(dòng)因素。這起火山噴發(fā)非常復(fù)雜，“應(yīng)當(dāng)是一系列的巧合事件誘發(fā)了這次噴發(fā)?！?/strong>
美國(guó)地質(zhì)調(diào)查局黃石火山觀測(cè)站的火山學(xué)家邁克爾·波倫（Michael Poland）也同意這一看法。自1983年開(kāi)始，基拉韋厄火山一直在持續(xù)噴發(fā),而在2017年11月后，該地區(qū)噴出的巖漿總量開(kāi)始下降。
波倫認(rèn)為，這可能就像是水管堵了一樣，巖漿不能那么順暢的噴出導(dǎo)致火山內(nèi)部巖漿房壓力不斷積累。對(duì)于火山噴發(fā)前地面僅隆起了幾厘米的原因，波倫認(rèn)為這與降水沒(méi)有關(guān)系，并且恰好證明當(dāng)時(shí)巖漿房?jī)?nèi)的壓力已經(jīng)高到了極致。
而美國(guó)加州大學(xué)伯克利分校的地球科學(xué)家邁克爾·曼加（Michael Manga）從另一個(gè)角度提出了懷疑。他表示，考慮到即使是融雪帶來(lái)的應(yīng)力變化也能誘發(fā)小規(guī)模的地震，“這篇文章的假設(shè)也不是完全沒(méi)有道理?！?/p>
不過(guò)，對(duì)于如此大規(guī)模的火山系列噴發(fā)事件來(lái)說(shuō)，降水帶來(lái)的應(yīng)力變化還是太小了，“它（降水帶來(lái)的應(yīng)力變化）甚至比月球的潮汐力還要小?！?/p>
而更讓他擔(dān)憂(yōu)的是，這一結(jié)論可能會(huì)給基拉韋厄火山附近的居民帶來(lái)困擾：“對(duì)于真的住在火山附近的那些人，難道真的要讓他們每逢大雨就憂(yōu)心忡忡嗎？還是不要吧?！?/p>
對(duì)此，法夸爾森表示，他也不希望造成過(guò)度恐慌：“我們并不是說(shuō)，夏威夷每次一下雨火山就會(huì)噴發(fā)?！辈贿^(guò)，他還是建議應(yīng)當(dāng)監(jiān)控全球各處活火山區(qū)域的降水情況，畢竟其成本很低。同時(shí)，他還希望能夠獲得更多衛(wèi)星數(shù)據(jù)，來(lái)研究其他區(qū)域火山噴發(fā)與降水的關(guān)系?！叭绻谖磥?lái)的研究中，我們能夠拿出更多證據(jù)支持自己的結(jié)論，那么許多人可能就會(huì)他們的看法了?！?/p>
原始論文：
Farquharson, J.I., Amelung, F. Extreme rainfall triggered the 2018 rift eruption at Kīlauea Volcano. Nature 580, 491–495 (2020). https://doi.org/10.1038/s41586-020-2172-5
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