美国最危险火山剧烈喷发3个月，是因为雨下多了？

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美国最危险火山剧烈喷发3个月，是因为雨下多了？是怎么回事，是真的吗？2020年04月29日是本文发布时间是这个时间。下面一起来看看到底怎么回事吧。
                                美国最危险火山剧烈喷发3个月，是因为雨下多了？
                               
                                夏威夷是一个发育在地幔热点上的火山岛链。频繁的火山活动造就了夏威夷群岛。作为群岛上活动最频繁的一座火山，基拉韦厄火山被美国地质调查局评为美国最危险的火山。
                               
                               


基拉韦厄火山喷发（图片来源：U.S. Geological Survey）

基拉韦厄火山是夏威夷群岛上活动最频繁的一座火山。2018年5月开始，基拉韦厄火山经历了一系列大规模的喷发事件。综合持续时间、复杂性等因素，火山学家将这次喷发评价为“在现代记录中前所未有的一次火山喷发”。 然而近2年过去了，火山学家仍然不清楚是什么引发了这次火山活动。近日，一项发表于《自然》的论文提出了一个争议性的新观点——这次火山喷发或许与降水有关。

撰文 | 张二七

夏威夷是一个发育在地幔热点上的火山岛链。频繁的火山活动造就了夏威夷群岛，但火山的威胁也成为了悬在当地居民和游客头顶的“达摩克利斯之剑”。作为群岛上活动最频繁的一座火山，基拉韦厄火山被美国地质调查局评为美国最危险的火山。

自1983年起，基拉韦厄火山的喷发几乎就没有停过。不过由于岩浆粘性低、流动性高，这里很少发生人们想象中那种“一声爆炸巨响后，岩浆喷上高空”的火山爆发。多数情况下，岩浆只会安静地沿着破火山口或是裂隙流出。

当地时间2018年4月30日，基拉韦厄火山的Pu`u `O`o火山口突然崩塌，宣告了一轮尤为剧烈的火山喷发的开始。就在4天后，火山东部的地面突然开裂，裂隙中先是喷出了富含二氧化硫的火山气体，随后就开始涌出岩浆。流淌在门前院后的岩浆，迫使当地居民及游客不得不迅速撤离。到5月10日，由于地下的岩浆大量从东部裂谷带涌出，西部Halema'uma'u火山口内的熔岩湖下降了近300米。这样的变化引发了连锁反应：由于内部的岩浆流失，Halema'uma'u火山口在此后发生了数十次坍塌及爆炸，火山口升起了巨大的烟柱，甚至达到了9千米高。

然而5月只是个开始，基拉韦厄火山的喷发并未就此停歇。到了6月初，火山的东部裂谷带已经形成了24条裂隙，涌出地表的岩浆（称为熔岩）流速可达约100立方米/秒，每天释放的火山气体超过了5.5万吨。这时，地下浅层的岩浆基本消耗殆尽了，更深层的岩浆开始上涌，一些裂隙中喷出的岩浆达到了80米高。这些上千摄氏度的高温流体在短短90分钟内就蒸发了岛上最大的淡水湖，并沿着Kapoho湾的海岸流入海洋，最终冷却形成了熔岩三角洲。


卫星图像显示，6月3日（左）熔岩向Kapoho湾地区推进，到了6月5日（右），熔岩已经覆盖了Kapoho湾的大部分地区，甚至流入海中。（图片来源：DigitalGlobe, via Associated Press）

持续而剧烈的火山活动直到8月初才慢慢平息下来，裂谷区流出的岩浆大大减少，二氧化硫排放量也急剧下降。到9月22日夏威夷火山国家公园重新开放时，基拉韦厄火山的岩浆覆盖了该岛约35.5平方千米的土地，摧毁了700余所房屋，流出的岩浆能填满32万个奥林匹克标准泳池。此次火山喷发的停歇，也标志着始于1983年，持续了35年的基拉韦厄火山喷发终于暂告一段落。

降雨引发了火山喷发？


和许多火山学家一样，在过去的近2年间，美国迈阿密大学的杰米·法夸尔森（Jamie Farquharson）和法尔克·阿梅隆（Falk Amelung）也致力于研究是什么导致了2018年基拉韦厄火山如此剧烈且持续的喷发。

在火山内部，岩浆会聚集在一起，形成岩浆房。当岩浆房内的压力足够大时，岩浆就能突破围岩，上升到地表，并导致火山喷发。一般来说，在火山喷发前，这个压力会导致地面发生几十厘米的隆起，这也成为了人们预测火山喷发的一种有效手段。

然而在2018年基拉韦厄火山喷发前，并没有观察到明显的地面隆起。合成孔径雷达干涉测量（InSAR）数据显示，从2014年中旬到2017年中旬，基拉韦厄火山附近地表的确发生了0.3米的隆起。但是在此之后，直到2018年火山喷发前，地面隆起只有约0.01米。因此，法夸尔森和阿梅隆开始考虑是否存在其他影响因素。

他们将目光投向了降水量，这时一个令人惊讶的巧合出现了：在2018年上旬，该地区出现了远超往年的大量降雨。NASA的TRMM/GPM卫星数据显示，在2018年的第一季度，基拉韦厄火山附近的降水量达到了2.25米，而过去19年该地区第一季度的降水平均值仅为0.9米。这使他们产生了一个新想法——是不是大量降水导致了此次异常的火山喷发事件呢？

事实上，他们的猜测并不是毫无依据。过去曾有研究提出，过量的降水能够导致地下应力的变化，从而形成新断层或是激活老断层，并导致山体滑坡和地震等地质现象。另外，还有研究显示，大雨落在灼热的火山顶上后，可能会导致火山顶坍塌，从而引发火山爆发。然而这只是降水与浅层岩浆的直接作用，过去从未有研究将降水与地层深处的岩浆活动联系起来。

为了验证他们的想法，法夸尔森和阿梅隆建立了一个模型，模拟了在大量降雨后，基拉韦厄火山内部流体压力的变化。按照他们的想法，降落的雨水会渗透到地下深层的岩石孔隙中，从而积累应力，这份应力可以直接导致地层机械性断裂，并诱发火山活动。

模型的运算结果也支持了他们的假设。模型显示，就在2018年那次火山喷发前，在地表以下约3千米的深度，流体压力达到了半世纪以来的最高值。除此之外，他们的假设还能解释为何在火山喷发前没有发生明显的地表隆起：因为并不是岩浆房内的压力增加了，而是降雨带来的压力导致东部裂谷带更加脆弱了。换句话说，并不是岩浆加大了“撞门”的力度，而是围岩主动“解开了门锁”，那么自然就看不到岩浆“撞门”的痕迹了。

他们随后重新检查了自1970年起，基拉韦厄火山喷发与降水量的关系。更令法夸尔森和阿梅隆兴奋的是，夏威夷群岛上“雨季”火山喷发的概率比“旱季”高出一倍——尽管夏威夷群岛上“雨季”比“旱季”要短，但仍有60%的火山喷发发生在“雨季”。

“我们越是深入挖掘数据，就有越多的证据指向降雨导致了火山喷发这一结论。”法夸尔森这样介绍道。他还强调，如果基拉韦厄火山是这种情况，那么其他火山很可能也一样：“已经有研究证明，冰岛冰盖的融化会影响火山活动。如果我们能确定在全球范围内，哪些地区的降水量和火山活动间存在关联，那将为火山活动预报提供很大的帮助。”

存在争议


在这项出人意料的研究发表后，也出现了许多质疑的声音。在接受《科学》杂志的采访时，几位相关研究者也提出了他们的怀疑。

英国东安格利亚大学的火山学家詹尼·巴克利（Jenni Barclay）认为，降雨只可能是此次火山喷发的助因，而不是主要驱动因素。这起火山喷发非常复杂，“应当是一系列的巧合事件诱发了这次喷发。”

美国地质调查局黄石火山观测站的火山学家迈克尔·波伦（Michael Poland）也同意这一看法。自1983年开始，基拉韦厄火山一直在持续喷发。而在2017年11月后，该地区喷出的岩浆总量开始下降。波伦认为，这可能就像是水管堵了一样，岩浆不能那么顺畅的喷出导致火山内部岩浆房压力不断积累。对于火山喷发前地面仅隆起了几厘米的原因，波伦认为这与降水没有关系，并且恰好证明当时岩浆房内的压力已经高到了极致。

而美国加州大学伯克利分校的地球科学家迈克尔·曼加（Michael Manga）从另一个角度提出了怀疑。他表示，考虑到即使是融雪带来的应力变化也能诱发小规模的地震，“这篇文章的假设也不是完全没有道理。”不过，对于如此大规模的火山系列喷发事件来说，降水带来的应力变化还是太小了，“它（降水带来的应力变化）甚至比月球的潮汐力还要小。”而更让他担忧的是，这一结论可能会给基拉韦厄火山附近的居民带来困扰：“对于真的住在火山附近的那些人，难道真的要让他们每逢大雨就忧心忡忡吗？还是不要吧。”

对此，法夸尔森表示，他也不希望造成过度恐慌：“我们并不是说，夏威夷每次一下雨火山就会喷发。”不过，他还是建议应当监控全球各处活火山区域的降水情况，毕竟其成本很低。同时，他还希望能够获得更多卫星数据，来研究其他区域火山喷发与降水的关系。“如果在未来的研究中，我们能够拿出更多证据支持自己的结论，那么许多人可能就会他们的看法了。”

原始论文：
Farquharson, J.I., Amelung, F. Extreme rainfall triggered the 2018 rift eruption at Kīlauea Volcano. Nature 580, 491–495 (2020). https://doi.org/10.1038/s41586-020-2172-5