地震科普：造成惨重伤亡的新西兰火山爆发，为什么完全无法准确预测？



毫无征兆的爆发

　　当地时间12月9日，新西兰东海岸附近的怀特岛火山爆发。当时，47名游客正在怀特岛上参观，突如其来的火山爆发造成了惨重死伤：目前确认8人死亡，31人因烧伤住院，其中23人伤情严重，另有8人仍然下落不明。警方表示，他们在空中搜索中没有发现任何生命迹象，因此失踪者生还的可能性不大。其中，伤者中有两名中国公民。

　　事实上，怀特岛的火山爆发早有预兆。早在10月30日，监测人员就发现怀特岛火山口的二氧化硫（SO2）气体浓度增加，并且在岩浆的撞击下，火山出现了2016年至今最强烈的震颤。11月18日，监测机构发现SO2气体浓度持续上升，并发布了怀特岛火山喷发2级警报，表示火山处于“中度”活跃状态，但并非即将爆发。

　　虽然上个月的监测数据指出怀特岛火山处于更危险的时期，但近期是否会爆发、具体何时爆发，仍然难下结论。另外，正如地质灾害监测项目GeoNet的火山学家所言，这次火山爆发“很突然，持续时间很短暂”。不同于一些在喷发前有明显迹象的火山，怀特岛火山直至爆发，也没有给监测机构发布准确预警的机会。那么，为什么准确预测这次火山爆发，会如此困难？

　　难以预测的射气喷发

　　这个问题的答案，与怀特岛火山的爆发方式有关。

　　怀特岛火山是新西兰最活跃的活火山。从2011年起，怀特岛火山处于一个连续爆发的时期，但大多数只是小型的火山爆发。最近的一次较大的火山爆发出现在2011年，但幸运的是，这次火山爆发发生在夜间，并没有游客在岛上参观。

　　这次火山爆发出现在白天。在此之前，蓄势待发的岩浆聚集在火山的岩浆房中。爆发之前，这座火山的岩浆深度很浅，其携带的热量与高温气体足以使地表和地下水形成活跃的热液系统。

　　这时，火山内岩石孔隙中的水处于过热状态。在这种情况下，任何外力过程，如地震、地下气体的涌入，甚至是湖水水位的上升，都会打破热液系统的脆弱平衡，导致这些热液的压力释放，产生由蒸汽驱动的火山爆发。

　　由蒸汽驱动的火山爆发，也称为热液喷发或射气喷发（phreatic eruption）。这种火山爆发会导致水瞬间形成蒸汽，这个过程的速度甚至超过了音速。这时，水迅速膨胀到原始体积的1700倍，继而产生灾难性的影响。

　　这种爆发产生的能量，足以粉碎岩石，撞开火山口，并将岩石碎片和火山灰喷射至空中。在这次怀特岛的火山爆发中，火山灰更是被抛射到了距火山口3000米的高空。而这类火山喷发通常表现为前兆少，无法准确预测爆发时间。

　　这类由蒸汽引发的火山爆发的危害有：被喷出高温岩石和火山灰，会给生物造成冲击伤和烧伤；喷出的湿火山灰和粗颗粒也会形成气流，损伤动物的呼吸道。这些损伤都是致命的。

　　热液形式的火山爆发一旦发生，由于火山周围的热液系统需要重新平衡，在很大概率上会继续产生一系列小的火山爆发。怀特岛火山在未来仍将经历这些剧烈活动，并且新西兰的其他火山区同样有可能会受到影响。

　　更多火山喷发类型

　　根据诱发火山喷发的物质类型不同，火山喷发包括岩浆喷发、射气-岩浆混合喷发和导致怀特岛火山爆发的射气喷发3大类。相比于主要由高温气体驱动的射气喷发，前两种喷发方式主要是由于地下的岩浆逐渐上升至接近地表的位置，最终从裂隙中流出或喷出造成的。驱动方式的不同，也造成了预测难度的差异。

　　相比之下，两种由岩浆驱动的火山喷发的后果往往更加严重，但监测系统也更加完善。

　　在这两类火山喷发前，上涌的岩浆导致阻挡它的岩石破裂，这个过程往往会导致微弱的地震。通过对地震波（次声波）和地震时长的监测，火山学家通常可以判断出火山内部的结构，并预测火山爆发的时间。2010年，科学家通过次声波传感器阵列，成功预测了意大利埃特纳火山的57次爆发。

　　此外，比较常用的预测方式还包括监测地面变形（也是岩浆房上升和热气喷发造成的），以及监测火山口湖的化学成分、温度和水量的变化。火山口周围SO2、H2S和CO2浓度的突然上升，也能作为辅助判断火山喷发时间的的依据。

　　但对于射气喷发，火山学家可以通过监测火山口的气体监测和山体震颤，判断火山的活跃程度（正如11月对怀特岛火山发出的警报），但由于最终打破热液系统平衡的外力无从知晓，因此火山学家无法准确预测火山爆发时间。

　　2013年，菲律宾马荣火山的射气喷发持续了73秒。在喷发前24小时，没有检测到任何火山的地震活动，也没有观测到火山活动加剧的迹象，最终这次火山爆发导致了5名登山者死亡。

　　2014年，日本御岳火山也经历了一次典型的射气喷发，当时导致了63名游客死亡。事后，名古屋大学的科学家调查了这次火山爆发的动态过程。他们发现在火山爆发前7分钟，有两个监测站点的倾斜度发生了变化。

　　在火山爆发前，御岳火山下方的岩石中出现了一处深1.1千米的裂痕，导致了山体的倾斜。这块巨大的岩石很有可能阻碍了水蒸气向上流动，最终被巨大的压力挤碎，导致了火山爆发。从岩石碎裂到火山喷发之间只有7分钟，对于火山活动预警来说，这样的时长也显得不太够。

　　总之，射气喷发的前兆少、缺乏研究数据，这些因素无疑阻碍了对此类火山喷发的预警。

　　新西兰地球科学研究和监视机构GNS Science的火山学家说，自怀特火山爆发以来，火山震颤加剧了，这表明火山内部气压仍然很高，并且有可能进一步爆发。

　　在12月9日的爆发后，怀特岛火山又出现了3次较小的喷发。目前，火山爆发的预警等级由4级重新降回了2级。但暂时无法确定的是，怀特岛火山是否还会再次剧烈喷发，也无法确定下次火山喷发的类型。

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