人类该拿火山怎么办？

石出

火山爆发是地球上危害最大的灾难之一，5500万年前的一场大规模火山爆发使得大量深海生物走向灭绝，四百多年前喷涌而出的火山岩浆将当时的发达城市——庞贝古城一举摧毁……如今地球上还有数百座随时可能爆发的火山，我们该拿这些“不定时炸弹”怎么办呢？

炮轰火山，可以一试

向爆发中的火山发射炮弹以阻止其喷发或让岩浆改道，听上去是个疯狂的主意，可是当美国人这样做后，却收到了意想不到的效果。

虽然炮轰火山听上去很不可思议，但其实是有理论基础的，当洪水来临时，如果有山坳堵在前方，洼地就会被洪水淹没，这时我们需要炸开堵路的丘陵，避免造成洪災。从这个做法得到启发，美国火山学家托马斯·贾格加尔提出，用炸弹轰炸火山，炸出新的岩浆通道，从而让岩浆改变方向，不再威胁下游城市。

美国人首次在1935年尝试了这一做法。这一年，夏威夷冒纳罗亚火山喷发，这是一个著名的活火山，在过去的数百年间，它曾经多次爆发，人们深受其害却又无可奈何，于是在听说这个有些疯狂却又有可行性的主意后，他们决定冒险一试。

事实上，炮轰火山也许是此时唯一的救命稻草了——经过一个月的喷涌和聚积，大量火山岩浆集中流向了夏威夷岛的中心城市希洛，岩浆一旦流入希洛城，将淹没和烧毁整个城市。美国人将炮轰火山提上了日程，他们计划用多枚炸弹轰炸熔岩流的硬质外壳（被称为“熔岩壳”），使地下的岩浆从不同的方向溢出，掐断流向希洛城的熔岩流。

1935年，在美国夏威夷冒纳罗亚火山上爆炸的炸弹。

火山爆发过程与炸弹作用示意图

最终，在当年12月27日，美国启用了10架军机，在火山熔岩流经地段的两个目标区域，投下了20枚炸弹。其中，有5枚炸弹直接击中了熔岩流，其他炸弹则炸在了已凝固熔岩上。命中熔岩流的炸弹，激起了60米高的岩浆浪花，熔岩壳上出现了平均直径约6.7米，深度为2米的弹坑。又经过几天，在1936年1月2日，熔岩流停止了流动，希洛城转危为安。

多次炮轰，效果有好有坏

无独有偶，几十年后意大利人再次采用了炮轰火山的方法。意大利西西里岛上的埃特纳火山也是一座非常活跃的火山，几十年间有过多次的喷发，当地官方不断寻找着各种解决方案，炮轰火山也是其中之一，不过这个方法效果难以预测。

1983年，埃特纳火山的熔岩流到了农田里，人们试图用炸药来改变熔岩流的走向，工程师将炸药放置在岩浆流经的区域，在岩浆经过时引爆了炸药。可惜适得其反，炸药爆炸后非但没有改变岩浆的走向，反而为其开辟了一条新的通道，让岩浆流向了城镇的更多区域。

1992年，火山再次剧烈爆发，为了阻止岩浆流向城镇，当地人不得不重新采用“轰炸火山”的方法。这次他们吸取了上次的教训，在熔岩管道的多个位置放置了炸药，将周围的岩浆通道全部炸毁，无处可去的岩浆流入了事先设置好的人工通道里，没过多久就冷却硬化，最终完全停止了。

虽然意大利人此次行动成功了，但让他们总结成功经验却很难说出所以然来，因为炸药所能达到的影响是有限的，设置多少炸药，放置在什么位置，决定着爆炸能对熔岩通道产生多大的影响，是否能真正促使岩浆改道甚至冷却凝固。但不同地方的火山有着不同的地理地质条件，比如埃特纳火山山体陡峭，原有通道被破坏后，岩浆改道的可能性大，而夏威夷火山坡度较缓，使用炸药来开辟岩浆新通道的方法成功率较低。而且，火山爆发的原因和岩浆的流向受到许多复杂因素的影响，人类还没完全了解，对于不同的火山，“炸弹轰炸法”能否奏效不能一概而论。

此外，虽然这些轰炸行为没有造成更严重的后果，但不是说危险就不存在。当炸弹爆炸的时候，混合着压力的增加，反而可能会助长火山爆发的威力，这股力量会释放出更多的火山灰和熔岩，其威力甚至比火山本身的力量还要大。更有甚者，采用空中投掷炸弹的方法还有搞错位置和提前引爆的风险，到时候，一场天灾很可能就会变成人祸。

水漫金山，后果难料

如果说炮轰火山，“以毒攻毒”的想法有些让人难以接受的话，用水来浇灭岩浆可能是我们直觉能想到的方法，那么这个方法好用吗？

美国宇航局的科学家还真提出了一个类似的方案，他们想用钻探设备钻到火山里，朝岩浆泼冷水，预防火山的爆发。他们还为此探讨了方案的实施可能性，比如人类能否向火山中钻洞。迄今为止，人类钻出的最深的洞叫做科拉超深钻孔，苏联人在冷战期间就已经成功钻入地壳以下12262米，后来因为资金枯竭他们才停止了继续往下钻;此外，人们也在世界各地钻了不同深度的孔洞，有的是为了地质研究，有些则是提取地热资源等。由此可见，人类现在已经掌握了向地底钻洞的技术。

太平洋岛国汤加附近的一座海底火山喷发的威力是在广岛投下的原子弹爆炸能量的数百倍。

但是，向火山钻洞比在平地钻洞要危险得多，钻井设备可能因为工作环境的粘度、高温和高压而无法工作，也可能会遇到被困住的高压熔岩，熔岩会引发爆炸甚至冲出钻孔，人为触动火山爆发。当然，这些问题也可以解决，比如寻找耐高温高压的特殊材料制造钻探设备、在钻探过程中监控火山活动的信号避免触发火山等。

不过，即使以上这些问题都能解决，我们真的成功在火山中钻了一个洞，也没有提前“引爆”它，又需要多少水才能让它冷却下来呢？火山岩浆是地幔的熔融岩石，其总量比地球上所有的水还多，而且岩漿温度比水的沸点也要高得多，需要比岩浆多得多的水才能冷却它们，因此靠地球上的水来冷却火山几乎是不可能的事。

那么，如果等到火山爆发，再调动冷水来“灭火”，会有效果吗？我们现在已经能预测火山何时爆发了：火山喷发前，会有一系列地质变化，例如地温升高、小地震多发、火山颤动增加、喷出气体变多、火山口湖水位变化、火山周围的磁电特征改变等，对这些特性加以监测，可以综合判断火山喷发的可能性。知道了火山何时会爆发，提前调配冷水就可以实现了。

不过，用冷水浇灭火山可能有些困难，看看海底火山就知道了。我们知道，有一种岛屿叫做火山岛，海底火山喷出岩浆，形成了水下的山丘、石柱，经过几千年甚至几十万年，露出海面就成了岛屿，如果海水较浅、水压较低，火山岩浆还可能喷出水面，岩浆冷却、凝固成岩，也会堆积成为岛屿。海洋中的海水这么多，海底火山仍然频繁爆发，形成了数量不少的火山岛，比如著名的夏威夷群岛和阿留申群岛等，这就说明水浇火山效果有限。以水灭火的原理是把燃烧物与空气隔开，但岩浆的喷发是高压所致，本身就不需要空气，海水对其只能降温而无法熄灭，甚至还可能起到反效果——冷水遇到高温的岩浆，迅速变成蒸汽，引发爆炸。

科学利用水的力量

对此，我们也不必太过失望，最近的一项研究表明，冷水也许能起到一定的遏制火山的效果。瑞士苏黎世联邦理工学院的火山学家奥利维尔·巴赫曼分析了245次火山喷发的数据，模拟了促进火山喷发的各种因素，发现水在其中起了重要作用——水在与岩浆的相互作用中会产生大量气泡，充满气泡的火山就像一瓶经过剧烈摇晃的可乐，巨大的压力大大提高了岩浆冲破地表的可能性。数据模拟表明，如果火山的岩浆管道很少且含水量超过3.5%的话，火山爆发的风险非常高，因为管道越少，气泡越多，气泡逸出的机会越少，火山内部的压力越高。

但是，让人惊讶的是，如果火山的含水量继续增加，情况会发生逆转：当含水量超过5.5%时，火山爆发的风险会显著下降。对这种结果，巴赫曼做了一些猜想，当含水量非常高时，气泡不仅会充满岩浆管道，还会挤占岩浆库。岩浆库是指在地壳的深处及上地幔中的某些地方，由于局部温度的升高，而形成囊状的硅酸盐岩浆熔体的地方。

在火山喷发之前，炽热的岩浆从地底深处上升并进入岩浆库，一旦岩浆库中的压力高到足以使上覆的岩石破裂，就会发生喷发。岩浆库中存在的气泡延迟了火山的喷发，从而降低了最终爆发的风险：它们会被从下方上升的物质压缩，从而减缓岩浆库中的压力积聚，使火山喷发延迟;这种延迟使岩浆管道中的气体有时间从岩浆中逸出，而不会发生爆炸。

如果这项研究的结论是正确的，我们就获得了预防火山爆发的好方法：当监测到火山有爆发可能时，人们可以计算岩浆库中气泡的数量以及岩浆管道的数量和分布情况等，据此确定向火山中注入多少水就可以抑制其爆发。

大自然的力量是巨大的，人类究竟是否能征服火山，现在下判断还为时尚早。