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雨雪的这些“暗箱操作”你知道吗?

2021-11-03苏溪

科学之谜 2021年8期
关键词:基拉火山爆发雨雪

苏溪

地球上水循环将水分输送到各地,降雨和降雪是其中重要的环节。但是降雨和降雪有时也具有破坏性,比如引发洪涝灾害、暴风雪天气。然而,大自然系统的复杂程度可能是我们想不到的:雨雪除了制造我们看得见的自然灾害,它们有时还会来一些暗地里的操作,制造一些意想不到的自然灾害,这是怎么回事呢?

降雨浇燃了火山?

2018年5月,位于美国夏威夷的基拉韦厄火山发生猛烈喷发,大量的火山灰喷向天空,火山附近的地表出现新的裂缝,熔岩从裂缝中涌出。熔岩奔流入海,对海岸附近的海域造成了破坏,熔岩还涌向居民区,摧毁了数百栋房屋……

基拉韦厄火山喷发不是什么大新闻,因为它本来就是地球上最活跃的火山之一,这座火山底部有两个长期存在的熔岩湖。自1983年以来,它就几乎没有停止过喷发,只不过2018年,它突然一反“温和”喷发的常态,变得异常活跃起来。

尽管大多数人都认为基拉韦厄火山喷发没什么特别的,但是美国迈阿密大学的研究人员脑海里却闪现了一个问题:是什么导致基拉韦厄火山猛烈喷发?

由于无法对火山内部进行观察,因此无法获得直接信息。研究人员只能另辟蹊径,他们对基拉韦厄火山附近的天气和降雨的科学记录,以及基拉韦厄火山的长期监测数据进行了分析。探究火山喷发的原因,为什么要研究天气和降雨呢?

这种不寻常的操作虽然让人困惑,但是他们还真的找到了一些线索。研究人员将两百多年来,基拉韦厄火山的天气、降雨的科学记录和火山相关的数据加入模型中。结果他们发现,自从1790年以来,基拉韦厄火山大约60%的喷发时间是在雨季。而监测数据显示,恰好在这些时段火山内部的压力也有所升高。而当他们将基拉韦厄火山2018年的相关数据输入研究模型后,发现火山喷发前夏威夷有几个月降雨异常多,并且火山内部压力在喷发前和喷发期间都达到了50年来的最高水平,这最终导致了火山的大爆发。研究人员认为,这可能是大量的雨水渗入深层岩石的缝隙,使火山内部压力增大,迫使岩浆向火山口涌去,或者“开辟”新的“管道”,从而发生了猛烈喷发。

那么,强降水真的能够引爆火山吗?

这一新颖的观点并没有得到多数科学家的认可。因为促使火山喷发的最主要原因是火山内部的压力,虽然降雨对火山有一定程度的影响,但是其制造的压力不足以触发大爆发。导致火山内部压力增大应另有原因。

一组研究人员对2018年基拉韦厄火山喷出的火山物质进行了研究,他们发现,火山喷出的第一批物质曾在火山中停留了较长一段时间。而基拉韦厄火山一直处于活跃状态,为什么这些物质没有被及时喷出呢?研究人员认为,这些物质可能正是导致火山内部压力过高的“元凶”,它们可能堵塞了火山内部系统,使压力不断积累,当压力达到临界点时,火山就发生了猛烈的喷发,而首先冲出火山口的物质中就包括“堵塞物”。因此,使基拉韦厄火山大爆发的原因可能是内部堵塞了。

看来,降雨可能并不是火山爆发的主要原因,不过,这个观点也为预测火山的研究提供了新线索。如今,科学家还不能准确预测火山爆发的时间、爆发的强度,最重要的原因之一就是我们对火山爆发的原因了解不够,如果能综合所有可能导致火山爆发的原因,或许有助于准确预测火山爆发。

雨雪按下了地震键?

美国的圣安德烈亚斯断层位于太平洋板块和北美洲板块的交界处,它就像地表上一条长长的疤痕,绵延约10 0 0千米。由于板块的相互作用,断层附近经常发生地震。而引发地震的原因五花八门,比如海潮的冲击。

早在2002年,科学家就发现潮汐引发水下火山的震动,而在2004年,科学家又发现,潮汐在一些断层上引发地震。随着地震仪越来越灵敏,分布越来越广,科学家们可以识别到震级更低、震源位于地壳更深处的微地震。2012年,科学家发现,圣安德烈亚斯断层居然也受潮汐的影响,在每天两次潮汐峰值时,微地震发生频率更高。而每个月的两次大潮期间,这个断层带的微地震更为集中。科学家认为,这是因为在潮汐的作用下,海水来回晃动,在潮汐峰值时,海水对太平洋板块的冲击,使其向北美洲板块弯曲,两个板块的相互作用引发了微地震。

2017年,美国加州大学伯克利分校的地震学家还发现,冬季的雨雪竟然也能导致断层附近微地震增多。雨雪是如何引发地震的?这或许是因为“季节性负荷”。所谓的季节性负荷,简单来说就是雨季的降雨和冬季的积雪对地壳的压力。

地震学家们收集了分布在加州的600多个GPS传感器的数据,测量了圣安德烈亚斯断层线的垂直运动,以追踪季节性负荷导致的变化。这些传感器非常灵敏,能够探测到地面的轻微下沉和上升。根据数据,他们计算了断层不同位置的压力在不同季节的变化,并对比2006年到2015年之间的3600次5. 0级以下的地震。最终,他们总结出了一个规律——在冬季到春季,由于积雪、湖泊和水库里的水聚集起来,圣安德烈亚斯断层附近的地壳会在重压下下沉,其中早春时节,地壳下沉的幅度最大;随着夏季的到来,积雪融化、水位降至最低时,地面就会反弹,恢复到原来的样子。就在这一沉一升之间,小型地震就出现了。看来,冬季的雨雪确实与微地震有关。

那么,这项研究的结果能用于预测地震吗?恐怕不行,不过它能够让我们了解小型地震和地震对地壳的破坏过程,而通过对这些知识和数据的积累,可能有助于我们对断层附近的地震的危险性做出更准确的评估。更重要的是,随着全球气候的变化,一些地区冬天雨雪更多,夏季更干旱,如果这些地区正好是地震高发区,那么这些变化或许会对地震的发生造成影响,那么了解雨雪与地震之间的关系就很重要了。

如今,盡管科技有了很大的发展,但是地震和火山爆发仍无法准确预报,但是这些自然的猛兽作恶起来又会造成严重的破坏,因此科学家们从未停止对它们的研究,不断挖掘引发这些自然灾害的各种原因,研究这些灾害发生的过程,而这些新的发现和研究将有助于未来人类对这些自然灾害的预报。

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