火山暗藏的未来信息

2018年，印度尼西亚巽他海峡发生了一起严重的海啸灾难，共造成429人死亡、1485人受伤、154人失踪，另有1.6万人流离失所。经过后续调查，这场海啸是由巽他海峡中的喀拉喀托火山造成的。可是，在对喀拉喀托火山的监控中，并没有发现任何它可能喷发的迹象，喀拉喀托火山是如何引发海啸的？

外貌决定“性格”

说起火山，我们的第一印象可能都是这样的：一座高耸山峰的顶端顶着一个不大的开口，这个开口通往深不可见的地底。事实上，除了这种火山（学名叫作成层火山）外，还有一种常见的火山，由于它的顶端像一个破碎的大碗，火山学家称之为“破火山口”。

破火山口的成因并不复杂——它是火山喷发后冷却下来的样子。火山喷发前，熔融的岩浆被储存在火山口下方5～15千米的岩浆室里。当成层火山喷发时，只有一小部分岩浆从岩浆室中喷发，冷却后形成圆锥体。但破火山口火山不同，当它们喷发时，大量岩浆喷涌而出，把岩浆室内的岩浆几乎都喷发干净了，火山颈和周围的围岩都被熔化了，一下子垮塌掉下堆积在火山口，其过程与“塌方”十分相似，最终就成了我们看到的“破碗”。

不仅“外貌”不太一样，破火山口的“性格”与成层火山也不太一样，成层火山是一个脾气急躁的“小伙子”，脾气来得急，去得也快，破火山口则更像一个“老好人”，平时不声不响，脾气温和，被逼急了就会大爆发。

一般情况下，岩浆被岩浆室坚固的岩石团团包围，无法喷发出来，可惜再坚固的石头房子也抵挡不住持续不断的热火烘烤。在成层火山中，从地球深处（60～100千米深）涌出的炽热岩浆会不断注入岩浆室，岩浆室中的压力逐渐增加，直到岩浆冲破岩石的封堵，爆发火山。破火山口火山喷发的机理则不同，因为它的岩浆室够大，能容纳更多的岩浆，所以它的喷发时间间隔很长。但是，随着时间的流逝，岩浆室越来越满，岩浆中包含的热量会熔化岩浆室顶部的岩石，使得阻止岩浆上浮的力减弱，最终岩浆上升，火山喷发。

因为大多数火山的岩浆室不能长大到足以形成破火山口火山，所以破火山口火山喷发的次数比成层火山的喷发少见得多，岩浆往往在较小的火山喷发中流失。但其规模也更大，例如，位于意大利南部的维苏威火山喷发后产生的火山岩最多只能到达540千米外的意大利威尼斯市，但邻近位置的另一座火山——坎皮弗莱格瑞火山所喷出的岩石却可以在4000千米之外的俄罗斯找到。

依据这些知识，科学家们可以使用计算机模型预测火山灾害。像坎皮弗莱格瑞这样的破火山口火山，喷发力度更大，能够影响的区域范围更大。然而，由于形成非常大的岩浆室极其困难，这样的喷发非常罕见，而维苏威那样较小的火山，虽然影响范围更小，但可能更频繁地发生，相形之下也更加危险。

追踪火山的一生

然而，这些基础知识对于预测火山的危害远远不够，甚至有些时候还会出现反例。最近，科学家提出了一个新思路：无论哪种火山，它一次爆发会消耗大部分的岩浆，需要很长时间，岩浆重新汇聚才会再次爆发，那么我们能不能跟踪火山从上一次爆发到下一次爆发的全过程，以弄清楚火山爆发的周期，更准确地预测火山爆发时间呢？

一个由俄罗斯和德国科学家组成的联合团队正在跟踪火山的生活周期，他们的研究对象是位于俄罗斯远东地区堪察加半岛的别济米安纳火山。别济米安纳火山是一座典型的成层火山，但截至20世纪50年代，它已经休眠了1000多年，直到1956年，别济米安纳火山戏剧性突然爆发，喷出物体积约0.45立方千米，火山灰柱飙升到超过35千米的高度，火山熔岩将整个火山东侧都冲掉了，移走了大约70万立方米的岩石。此后，它成为了世界上最活跃的火山之一。

研究团队仔细分析了60多年来别济米安纳火山的所有数据，包括大量苏联时期的照片，结合更多最近的卫星照片，科学家们能够重现这座火山的生命周期。根据科学家的说法，自1956年爆发以来的几十年里，别济米安纳火山的大部分已经恢复，未来的10～15年内它将恢复到1956年的大小和高度——那时很可能会出现另一次大爆发。换句话说，别济米安纳火山将在短短80年内完成一个完整的生命周期——比普通火山快许多倍。

科学家们理解了别济米安纳火山如此迅速地重建的过程。1956年火山爆发后形成了两个相距约400米的熔岩穹丘，穹丘间连接着一条岩浆通道，岩浆在其中缓缓流动。到20世纪70年代中期，随着管道的移动，熔岩穹丘变得越来越大，将它们之间的距离缩小到200米。在2000年左右，两条管道连接起来，形成了一个被几乎对称的火山锥包围的中央火山口管道，就像1956年前那样。科学家还研究了附近的舍维留奇火山的数据，作为对比，这座火山迟迟无法建立新的火山口，也许就是因为缺少熔岩穹丘。这些结果为该团队提供了更多关于火山何时稳定、何时喷发的知识，这将有助于预测火山的活动。

火山崩塌也危险

有时候火山山体的变化也能造成灾难，比如前文提到的印尼巽他海峡的海啸就是因为喀拉喀托火山侧翼崩塌引起的。跟踪火山的一生，除了能预测喷发时间，还能了解火山山体的变化。

1883年，喀拉喀托火山曾发生过一次剧烈爆发，此次爆发释放了相当于2亿吨TNT的能量，即广岛原子弹的1.3万倍，远在3500千米外的澳大利亚和4800千米外的毛里求斯岛都可以听到爆发的巨响。这次爆发后，喀拉喀托火山成为了一座典型的破火山口火山，此后的火山活动规模都十分小，从未造成人员伤亡，直到2018年引发海啸。

来自印尼和英国的联合研究团队考察了喀拉喀托火山喷发物质的物理、化学和微观纹理特征，发现该火山在崩塌前已经喷发了大约 6个月，小规模的岩浆缓慢吞噬着火山，陆桥被渐渐熔断，最终三分之二以上的火山山体滑入了大海。这一事件引发了一场毁灭性的海啸，淹没了爪哇和苏门答腊的海岸线，导致400多人死亡。目前的火山监测方法能够记录到地震活动和岩浆通过火山上升引起的其他信号，但由于这场灾难不是岩浆强行进入地表并引发滑坡造成的，所以使用这些技术无法预测。

但运用俄罗斯和德国科学家所使用的跟踪方法，人们将可以提前预测类似灾难。科学家们正在密切监视夏威夷东南海岸的基拉韦厄火山。根据观测结果，基拉韦厄火山的南部侧翼正在以每年大约10厘米的速度缓慢下滑，科学家们担心来自重力和新岩浆的压力会突然加速山体滑动，导致侧翼坍塌。基拉韦厄火山侧翼的崩塌将对夏威夷造成巨大威胁，所造成的海啸的能量将扩散到一个非常大的区域，计算表明，根据距离的远近不同，冲击美国主要海岸的海浪可能高达1至5米。

如今，全球有超过5亿人生活在火山附近，为了安全，我们需要更深入地了解它们。有的火山一刻不停地向外喷气，还有的火山几千年都不会喷发一次，但“体内活动”却十分活跃，只有了解火山的生活史，才能搞清楚火山运动和喷发的原因，这有助于预测未来的火山喷发及其影响。

（摘自《大科技》2024年第8期）