科學家們已經認識到觸發大規模火山爆發的原因和條件

科學家們已經弄清了觸發大規模火山爆發的原因以及可能導致火山爆發的條件。夏威夷的基拉韋厄火山是世界上最活躍的火山之一。正因為如此,而且相對容易接近,它也是配備最多監測設備的火山之一,這些儀器可以測量和記錄從地震、地面運動到熔岩量和隨後的一切演變。

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然而,基拉韋厄2018年的噴發是特別大規模的。事實上,這是該火山200多年來最大的一次噴發。位於南加州的美國宇航局噴氣推進實驗室的科學家們利用從這一罕見事件中收集到的大量數據,揭示了像這樣的大規模噴發的原因,也許更重要的是,什麼機制觸發了它們。

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這張圖片顯示了2018年基拉韋厄火山爆發后,破火山口坍塌前的熔岩流。資料來源:NASA/JPL-Caltech

JPL的Alberto Roman是最近發表在《自然》雜誌上的新研究的主要作者,他說:”最終,導致這次噴發比正常情況下大得多的原因是火山口的崩潰–火山頂上的大坑狀凹陷。在破火山口塌陷期間,靠近火山頂部的巨大岩石塊滑落到火山中。當它滑動時,被周圍的鋸齒狀牆壁卡住,然後再滑動,這塊岩石擠出的岩漿比通常情況下排出的要多。”

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這張圖片顯示了破火山口坍塌后的更大的熔岩流。資料來源:NASA/JPL-Caltech

但是科學小組真正想知道的是,首先是什麼導致了破火山口的坍塌–他們找到了答案。可能的罪魁禍首是什麼?火山口–熔岩流經的開口–位於離火山頂點很遠的地方,而且海拔比火山頂點低很多。該研究的共同作者、JPL的Paul Lundgren說:”有時,火山在山頂爆發,但是當熔岩從火山下面的噴口中衝出時也會發生爆發。通過這些低海拔噴口的噴發可能導致破火山口的坍塌。”

在噴發期間,火山的表面會變形,或改變形狀。右下角動畫框中的色帶顯示了基拉韋厄在2018年噴發前到噴發中期的這些變化。色帶相互之間越接近,該地區的變形就越嚴重–就像地形圖上的等高線表示快速變化的高度。

Lundgren將這種類型的通風口比作野營時攜帶的可摺疊水壺上的水龍頭。當水位向水龍頭的位置下降時,水流會減慢或停止。同樣地,火山口(或 “水嘴”)的位置越低,熔岩在到達停止點之前可能會流得越長。

大量的岩漿可以通過這些噴口迅速從火山下面的室(或腔)排出,使室上面的破火山口的岩石地面和牆壁沒有足夠的支撐力,最後破火山口的岩石可以坍塌到岩漿室中。隨着岩石的墜落,它使岩漿室加壓,對於基拉韋厄,研究小組確定了其中的兩個岩漿室,它們增加了流向遠處噴口的岩漿以及噴發的總體積。加壓類似於擠壓水壺以逼出最後一點水。

在建立了這些噴發過程的模型后,利用基拉韋厄的大量數據,他們還將模型的預測與其它火山的破火山口塌陷所引起的類似噴發的觀察結果進行了比較。結果是一致的。即使該模型不能預測火山何時噴發,但它可以提供關鍵的數據以了解一旦噴發開始后可能出現的嚴重程度。如果我們在一個低海拔的噴口看到噴發,這就是一個警告,破火山口有可能崩潰;同樣,如果我們檢測到與破火山口岩塊滑落相一致的地震,噴發可能會比平時大得多。