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正在噴發的懷特島火山

當地時間12月9日,紐西蘭的懷特島火山突然爆發,導致8人死亡,31人受傷,另有8人下落不明。與常見的岩漿型火山活動不同,這次火山爆發主要是由劇烈的蒸汽引發的,由此產生的火山灰更是被拋射上3000米的高空。正是這種特殊的爆發型別,使得懷特島火山在沒有任何準確預警的情況下突然爆發,造成慘重的傷亡。

毫無徵兆的爆發

當地時間12月9日,紐西蘭東海岸附近的懷特島火山爆發。當時,47名遊客正在懷特島上參觀,突如其來的火山爆發造成了慘重死傷: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現任何生命跡象,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,懷特島的火山爆發早有預兆。早在10月30日,監測人員就發現懷特島火山口的二氧化硫(SO2)氣體濃度增加,並且在岩漿的撞擊下,火山出現了2016年至今最強烈的震顫。11月18日,監測機構發現SO2氣體濃度持續上升,併發布了懷特島火山噴發2級警報,表示火山處於“中度”活躍狀態,但並非即將爆發。

雖然上個月的監測資料指出懷特島火山處於更危險的時期,但近期是否會爆發、具體何時爆發,仍然難下結論。另外,正如地質災害監測專案GeoNet的火山學家所言,這次火山爆發“很突然,持續時間很短暫”。不同於一些在噴發前有明顯跡象的火山,懷特島火山直至爆發,也沒有給監測機構釋出準確預警的機會。那麼,為什麼準確預測這次火山爆發,會如此困難?

難以預測的射氣噴發

這個問題的答案,與懷特島火山的爆發方式有關。

懷特島火山是紐西蘭最活躍的活火山。從2011年起,懷特島火山處於一個連續爆發的時期,但大多數只是小型的火山爆發。最近的一次較大的火山爆發出現在2011年,但幸運的是,這次火山爆發發生在夜間,並沒有遊客在島上參觀。

這次火山爆發出現在白天。在此之前,蓄勢待發的岩漿聚集在火山的岩漿房中。爆發之前,這座火山的岩漿深度很淺,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。

這時,火山內岩石孔隙中的水處於過熱狀態。在這種情況下,任何外力過程,如地震、地下氣體的湧入,甚至是湖水水位的上升,都會打破熱液系統的脆弱平衡,導致這些熱液的壓力釋放,產生由蒸汽驅動的火山爆發。

由蒸汽驅動的火山爆發,也稱為熱液噴發或射氣噴發(phreatic eruption)。這種火山爆發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,繼而產生災難性的影響。

這種爆發產生的能量,足以粉碎岩石,撞開火山口,並將岩石碎片和火山灰噴射至空中。在這次懷特島的火山爆發中,火山灰更是被拋射到了距火山口3000米的高空。而這類火山噴發通常表現為前兆少,無法準確預測爆發時間。

這類由蒸汽引發的火山爆發的危害有:被噴出高溫岩石和火山灰,會給生物造成衝擊傷和燒傷;噴出的溼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一旦發生,由於火山周圍的熱液系統需要重新平衡,在很大概率上會繼續產生一系列小的火山爆發。懷特島火山在未來仍將經歷這些劇烈活動,並且紐西蘭的其他火山區同樣有可能會受到影響。

更多火山噴發型別

根據誘發火山噴發的物質型別不同,火山噴發包括岩漿噴發、射氣-岩漿混合噴發和導致懷特島火山爆發的射氣噴發3大類。相比於主要由高溫氣體驅動的射氣噴發,前兩種噴發方式主要是由於地下的岩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,兩種由岩漿驅動的火山噴發的後果往往更加嚴重,但監測系統也更加完善。

在這兩類火山噴發前,上湧的岩漿導致阻擋它的岩石破裂,這個過程往往會導致微弱的地震。通過對地震波(次聲波)和地震時長的監測,火山學家通常可以判斷出火山內部的結構,並預測火山爆發的時間。2010年,科學家通過次聲波感測器陣列,成功預測了義大利埃特納火山的57次爆發。

此外,比較常用的預測方式還包括監測地面變形(也是岩漿房上升和熱氣噴發造成的),以及監測火山口湖的化學成分、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時間的的依據。

但對於射氣噴發,火山學家可以通過監測火山口的氣體監測和山體震顫,判斷火山的活躍程度(正如11月對懷特島火山發出的警報),但由於最終打破熱液系統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時間。

2013年,菲律賓馬榮火山的射氣噴發持續了73秒。在噴發前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,最終這次火山爆發導致了5名登山者死亡。

2014年,日本御嶽火山也經歷了一次典型的射氣噴發,當時導致了63名遊客死亡。事後,名古屋大學的科學家調查了這次火山爆發的動態過程。他們發現在火山爆發前7分鐘,有兩個監測站點的傾斜度發生了變化。

在火山爆發前,御嶽火山下方的岩石中出現了一處深1.1千米的裂痕,導致了山體的傾斜。這塊巨大的岩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。從岩石碎裂到火山噴發之間只有7分鐘,對於火山活動預警來說,這樣的時長也顯得不太夠。

總之,射氣噴發的前兆少、缺乏研究資料,這些因素無疑阻礙了對此類火山噴發的預警。

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

在12月9日的爆發後,懷特島火山又出現了3次較小的噴發。目前,火山爆發的預警等級由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,也無法確定下次火山噴發的型別。

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