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?

怀特岛火山难以准确预测,与其爆发方式有关。由蒸汽驱动的火山爆发,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。

正在喷发的怀特岛火山

当地时间12月9日,新西兰的怀特岛火山突然爆发,导致8人死亡,31人受伤,另有8人下落不明。与常见的岩浆型火山活动不同,这次火山爆发主要是由剧烈的蒸汽引发的,由此产生的火山灰更是被抛射上3000米的高空。正是这种特殊的爆发类型,使得怀特岛火山在没有任何准确预警的情况下突然爆发,造成惨重的伤亡。

编译 | 石云雷 张二七

编辑 | 吴非

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。

射气喷发(图片来源:维基百科)

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。

岩浆喷发 图片来源:维基百科

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。

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。

参考链接:

https://www.scientificamerican.com/article/why-new-zealands-white-island-erupted-without-warning/

What Caused the Fatal 2014 Eruption of Japan's Mount Ontake?