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解开火山活动之谜:为何熔岩湖会神秘消失?

这是万那杜安布理姆火山的五座火山湖之一,以前有岩浆在破火山口里翻腾,直到2018年冬天这座火山爆发导致这些湖全数消失。 PHOTOGRAPH BY ROBERT

这是万那杜安布理姆火山的五座火山湖之一,以前有岩浆在破火山口里翻腾,直到2018年冬天这座火山爆发导致这些湖全数消失。 PHOTOGRAPH BY ROBERT HARDING, ALAMY STOCK PHOTO

在2018年爆发前,熔岩在安布理姆的一座湖里翻搅。 熔岩湖的作用就像是直通深处的一扇窗,提供了地底深处究竟发生了什么的线索。 PHOTOGRAPH BY DAN

在2018年爆发前,熔岩在安布理姆的一座湖里翻搅。 熔岩湖的作用就像是直通深处的一扇窗,提供了地底深处究竟发生了什么的线索。 PHOTOGRAPH BY DAN TARI, VANUATU METEOROLOGY AND GEOHAZARDS DEPARTMENT

2018年在安布理姆火山爆发期间,当岩浆挤压通过地底时,造成了地上的景观断裂和破碎。 这种情形在距离火山口边缘将近13公里的帕默村特别明显。 PHOTOGRAP

2018年在安布理姆火山爆发期间,当岩浆挤压通过地底时,造成了地上的景观断裂和破碎。 这种情形在距离火山口边缘将近13公里的帕默村特别明显。 PHOTOGRAPH BY BERNARD PELLETIER, GéOAZUR

(神秘的地球uux.cn报道)据美国国家地理(撰文:MAYA WEI-HAAS 编译:蔡雅铃):将近4亿立方公尺的岩浆在万那杜安布里姆岛的地底挤进深层的裂缝里,造成了地景破碎和海岸上升。

2018年冬天当伊夫. 穆萨兰(Yves Moussallam)艰辛跋涉万那杜的安布里姆火山时,地上铺满了绿色植物,火山的破火山口(caldera)里有五座炽热的熔岩湖汩汩地冒泡。 然而就在两个星期后,他发现自己周围的景致失去了颜色。 灰色的烟灰覆盖了所有的岩石和裂隙,而那些湖也都空了,里面的熔岩就像水流旋进排水管那样消失了。

「所有东西看起来不是黑色就是白色,」与法国岩浆与火山实验室(Laboratoire Magmas et Volcans)合作的哥伦比亚大学(Columbia University)火山学家穆萨兰说:「 整个破火山口区域都变得完全不一样了。 」

这种转变在一次异常爆发后发生,当时那次爆发的经过令科学家感到惊讶。 虽然有些熔岩从附近的裂缝迸发出来,但大部分都是在地底移动——是指一大团足以填满16万座奥林匹克泳池的岩浆。 依照萨兰的团队在《科学报告》(Scientific Reports)期刊里所说,这个过程使大地破裂,将海岸猛推上升,热得冒泡的熔岩则被带上了海底。

「这在某种程度上算是一种负向爆发,」没加入研究团队的剑桥大学(University of Cambridge)火山学家克莱夫. 奥本海默(Clive Oppenheimer)说:「它不是会从地下冒出的玩意,而是在地底下移动的岩浆。 」

这份新研究是与万那杜气象与地质灾害部门(Vanuatu Meteorology and Geohazards Department)一起合作进行,它提供了一份关于安布里姆地上与地下活动非常珍贵且详细的描绘, 能帮助地质学家解开造成火山活动的种种过程。

「身为火山学家,我们一直试图去了解脚下数公里处到底发生了什么事,但这很困难,因为我们无法直接接近岩浆库。 」这份新研究的第一作者、巴黎地球物理研究所(Institut de Physique du Globe de Paris)的博士候选人塔拉. 史瑞夫(Tara Shreve)说。 不过这份新研究汇整了大量线索,让我们能更好地理解地底深处蕴酿的事件,也提供了关于安布里姆火山力量的重要细节——以及那种爆发可能造成的各种灾害。

「它不像实验室科学那样,你可以在那里一再地重复相同的实验,」没有参与这个研究团队的美国地质调查所(U.S. Geological Survey)加州火山观测站(California Volcano Observatory)的埃米莉. 蒙哥马利布朗(Emily Montgomery-Brown)说:「我们从每次个别爆发事件都学到很多东西。 」

目击喷发的机会

穆萨兰起初会到安布里姆是因为他参加了一个研究,针对遍布万那杜岛弧的火山所喷出来的大量气体进行分析,这个计划由国家地理学会所资助,他们在来之前就有监测三个安布里姆的熔岩湖的气体。 两个星期后,就在他们准备从万那杜的首都维拉港(Port Vila)搭机回家时,听到了一个消息:安布里姆火山爆发了。

研究团队搭乘一架直升机飞回岛上,然后因眼前的变化目瞪口呆。 熔岩湖不见了。 远处有一道冷却了的熔岩流。 附近的树木则因火烧而脆裂。 种种迹象链接起来,他们最先做出的假设是岩浆喷到了地表,摧毁了附近的环境。

「我们以为前因后果就是如此。 」穆萨兰说。 不过他们后来发现,这次喷发其实还在脚底深处进行着。

强烈地震开始摇晃这个岛,粗大的裂痕切开了地面,形成了阶梯状的地貌。 在距离破火山口边缘接近13公里的海岸村庄帕默(Pamal),道路裂成两段。 屋舍也被推倒。 有一栋建筑物底下的地面裂开了,建筑的一部分因此悬在半空中。

「显然事情仍在发生,」穆萨兰说:「让人讶异的是这边距离爆发地点很远。 」

在将地面观测搭配卫星分析后,研究团队才了解到这些都是一个持续多天的事件的一部分。 在这期间,4亿立方公尺的岩浆挤进并通过了地底深处的裂隙,向东移动超过16公里。

该研究的共同作者、地球科学实验室(Géoazur)的伯纳德. 佩莱捷(Bernard Pelletier),在爆发事件后对海岸进行了调查,他表示这些突然增加的地底物质,把海岸推高了将近2公尺,让大量的珊瑚和红藻暴露在致命的阳光下。 火山顶张裂的破火山口也受到影响,高度大约下沉了2.4公尺。

12月18日,爆发开始后的第4天,岛屿东部海岸有火山浮石被冲上岸——这可能是岩浆终于从地底渗出进到沿岸海水里的结果。

一窥地球内部

这种通过地底的深层裂缝来排出岩浆的现象,又称为断裂带火山作用(rift zone volcanism),这种过程并非前所未闻,不过却不太可能会发生在安布理姆。

断裂带火山作用最常见于板块正在分开的地方,地壳的张裂会将两边陆地拉开。 以冰岛的火山所发现的深层裂缝为例,它们的走向经常会和在该国地底分离的两个地壳板块对齐。 断裂带火山作用也是基劳厄亚火山(Kilauea)发生的许多活动的原因,该座火山和茂纳罗亚火山(Mauna Loa)位于地底的侧边部分,正在缓慢地滑入海里,蒙哥马利布朗解释说。

相较之下,万那杜座落在靠近太平洋板块和印澳板块之间的地壳碰撞带,二个板块是在挤压这个地区。 然而最新的分析显示,万那杜充满压力的位置不会造成什么问题。 这条让岩浆从中排掉的裂缝,会往两边承受最少挤压的方向裂开,让这个裂面「像个放屁坐垫(whoopee cushion)」那样变大,蒙哥马利布朗说。 从研究团队的模型可知裂缝里的那团岩浆在某些地点很可能扩大超过将近4公尺宽。

令人一直感到好奇的一点是那些火山气体怎么了,没有参与研究团队的法国发展研究院(France’s Institute of Research for Development)火山学家菲利普森. 巴尼(Philipson Bani)说。 安布理姆曾经有好几年都是世界上二氧化碳及其他火山气体最大的自然排放源之一。 它是如何维持这种活动仍然是个谜,他说。 然后火山爆发了,几乎在一夜之间,这个气体工厂好像就停工了。

「你怎么能够就这样把天然的管线关掉? 」巴尼说:「以前在安布理姆有源源不绝的火山气体,然后轰隆一声,全都停了。 」

岩浆存量

关于安布理姆火山的爆发可能会有更多线索持续浮现,穆萨兰指出。 他目前正在调查熔岩的化学性质,里面似乎含有至少二种不同成分,可能来自几个分开的岩浆库。 虽然还需要更多研究才能证实这个发现,但它暗示了引爆火山的原因,很可能是在两个岩浆库之间新形成了一个链接。

关于火山系统的详细分析,如这份最新的安布理姆火山的论文,对了解火山爆发的力学很重要。 这类研究还可能协助提供关于火山岩浆存量(magmatic budget)的线索,揭露有多少熔岩可供未来喷发所用,蒙哥马利布朗说。

就在安布理姆熔岩湖干掉前几个月,夏威夷基劳厄亚的熔岩湖也发生了岩浆从该座火山侧边的深裂缝激烈流失的现象。 不过蒙哥马利布朗和她的同事最近发现,基劳厄亚顶峰大范围的喷发和崩塌,仅仅源自于它的浅层岩浆库里11到33%部分的释出而已。 这个发现引发了许多疑问,包括到底爆发为什么会停止。

在这些过程中,两次爆发提供了一个重要的观察视角,帮助我们了解火山的动力与它多种运作的方式,美国地调所夏威夷火山观测站的地质学家马修. 帕特里克(Matthew Patrick)说,他并未参与这份新研究。

「现在,两个火山正处于撤消阶段,」他说:「重要的问题是,接下来会怎样? 」




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