为何诸如新西兰怀特岛这样的火山喷发难以预测?

2019年12月11日 13:47 次阅读 稿源:cnBeta.COM 条评论

据外媒New Atlas报道,怀特岛(White Island,被毛利人称为Whakaari)是新西兰最活跃的锥状火山。在1975年至2000年之间,它处于持续不断的喷发状态,是历史上最长的连续喷发事件,而在2012年至2016年之间也发生了多次其他喷发事件。每年约有10000多人参观该岛,体验其独特的景观,因此,当局会密切关注火山活动的迹象。

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尽管新西兰当局在周一下午的灾难性事件发生前几周提高了警报级别,但由于热液是由变成蒸汽的超级热水膨胀驱动的导致喷发的,因此怀特岛上的灾难性喷发事件还无法准确预测。

对于火山学家来说,这些喷发可能突然发生并且几乎在没有警告信号的情况下发生。11月18日,新西兰地质灾害监测机构GeoNet 将怀特岛的火山警报等级提高到2级,理由是火山深处的岩浆产生的二氧化硫输出量增加,并且火山震颤增加。当局发出警告指出,“情况可能包括蒸汽、气体、碎屑物、熔岩的喷发。这些喷发可能在没有预警的情况下发生。”

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GeoNet在11月25日和12月3日再次提供了更新,维持了2级警报,并两次都指出“监测观察与在更活跃的2011-2016年期间所观察到的相似”和“建议Whakaari/怀特岛可能是进入比正常可能性更大的爆发活动时期。”

通过监视火山口湖的水位,从活动喷口中涌出的气体和蒸汽的活动以及该地区的地震活动等事件,火山专家可以识别出喷发风险增加的明显迹象。但是,某些类型的火山喷发比其他类型的火山喷发更早展现出来,而导致怀特岛悲剧的地下反应则很少发出警告。

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“在怀特岛发生的喷发类型称为蒸汽喷发(phreatic eruption);它们可能发生在世界各地的火山中,并且可能相对普遍。”美国地质调查局的地质学家Sally Sennert向New Atlas解释说。“当炎热的物质和水–地下水以及海洋或湖泊–相互接触时,会发生蒸汽爆发或蒸汽驱动的喷发。当岩浆与水相互作用时,蒸汽喷发很难预测,因为前兆不多,例如地震数量增加,而且这些前兆可能是短暂的。”

突然发生的破坏性蒸汽喷发的另一个例子是2014年日本的御岳山(Mount Ontake)火山喷发,据估计该火山喷发至少导致50多名徒步旅行者死亡。这也没有任何明显的警告信号,随后的调查表明,这是由地下岩石广泛破裂,强烈沸腾的地下水引起的喷发。

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据认为,在新西兰的怀特岛也有类似的过程。奥克兰大学地球科学教授Shane Cronin在本周的《The Conversation 》中描述了蒸汽喷发的原因,他写道,火山岩浆可以使被困在岩石孔隙中的水变得过热,形成“活跃的热液系统”。 这位教授写道,“水以超音速的速度迅速膨胀变成蒸汽,蒸汽的体积比原来水的体积大1700倍”。

Cronin告诉New Atlas:“看来浅层管道系统中已经积聚了气体以使其超压。我怀疑在高于250°C(482°F)的压力下,液态水和蒸汽会同时存在。这些压力建立在火山口的填充物和周围的孔隙和裂缝中,并且可能被矿化,粘土形成以及可能存在的硫填充材料所密封。压力上升到密封处下面,直到突然破裂。”

破裂的可能原因很多。进入孔隙和裂缝的气体混合物可能发生了变化,或者可能是地震。而GeoNet确实在11月24日在丰盛湾东部下方记录了5.9级地震。这种持续不断的波动正是使预测火山喷发如此艰巨的原因。

Cronin解释说:“很难在任何地震记录或其他记录中看到它们的积聚,因为这些系统无论如何都具有很大的自然地震活动性和变化性。超压累积的渐进性质使得几乎无法辨别。相比之下,岩浆喷发显示出许多地震,因为岩石破裂并延伸以允许岩浆上升到地表。”

蒙纳士大学地球大气与环境学院副教授Oliver Nebel解释说,这些液体压力库的缓慢而隐蔽的积累使蒸汽驱动的喷发变得更加难以预测。他认为:“由于过程的远程性,很难追踪地球内部的质量运动。常规监测依赖于次要影响,例如,如果岩浆体体积增大或岩浆运动时火山震颤增强,则会鼓胀。对于流体,实际上没有这些辅助信号。地震仅发生在几秒钟或几分钟之前。根本不可能进行预测或预警。我们所知道的是火山是活跃的,所以火山喷发会在某一时刻发生。”

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智利安第斯山脉的拉斯卡火山平均每两到五年会出现一次自然的火山爆发。围绕2015年10月的一次此类喷发,来自德国和智利的一组科学家将来自摄像机以及地震,气体和温度传感器的回顾性数据汇总在一起,以试图将导致喷发的事件汇总在一起。

科学家记录了火山爆发的几种迹象,包括地震活动加剧,二氧化硫含量波动以及在喷发前10天左右出现大雨。该小组在《自然灾害与地球系统科学》杂志上写道,“这一降水事件影响了火山口内的气体,并造成了短暂的压力爆发,最终导致了喷发。” 尽管他们采取了严格的方法来处理不同的数据,并且受益于事后观察,但预测这些爆发的复杂性却显而易见。

研究人员写道:“这项研究显示了由蒸汽驱动的喷发达到顶峰的时间顺序,同时也表明,即使对火山进行了彻底的监测,也难以预测蒸汽喷发的发生。”

Cronin表示:“这些系统是动态的,必须根据每个系统的过去经验来考虑所有变化。简而言之,很难看出表面变化是否等同于更高的喷发风险。”

像在拉斯卡火山和御岳山上进行的研究一样,这可以使人们进一步了解这些喷发的发生方式以及将来需要注意的一些事情。但Cronin指出,增加诸如深度和压力传感器之类的东西来监视诸如怀特岛的火山系统是非常危险的,并且“可能引发喷发”。因此,更复杂、实时监控系统的前景变得不大可能。

Sennert说道:“就预测这类事件而言,仪器和建模可以改善,但预测自然事件永远都不是完美的。我经常将火山事件与可能更熟悉的事件联系起来,例如天气情况。气象学家可以警告说,天气条件是龙卷风,但是他们无法100%肯定地说龙卷风会形成,他们当然不能准确地说出龙卷风会持续多长时间以及它的路径是怎样的。”

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