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地震会引起火山爆发吗?看看最新的研究怎么说

夏威夷大岛上,熔岩从基劳亚火山裂隙最东边的普奥奥火山口喷出。 PHOTOGRAPH BY JIM SUGAR, GETTY

夏威夷大岛上,熔岩从基劳亚火山裂隙最东边的普奥奥火山口喷出。 PHOTOGRAPH BY JIM SUGAR, GETTY

萨雷切夫火山的空拍照。 Peter D. Tillman, via flickr, public domain

萨雷切夫火山的空拍照。 Peter D. Tillman, via flickr, public domain

(神秘的地球uux.cn报道)据美国国家地理(撰文:ROBIN GEORGE ANDREWS 翻译:蔡雅铃):地震会引起火山爆发吗? 科学家为此吵翻天。这两大地质现象之间可能的链接,长久以来一直令科学家着迷但又意见分歧,看看最新的研究怎么说。

构造地震(Tectonic earthquake)是地球上最强而有力的自然现象之一,因此有时怀疑这会引起火山爆发并不令人意外。

地球的火山通常位于地震活动频繁的地区。 就如所谓的环太平洋火山带(Ring of Fire),虽然字面上是环形,但严格来说这是沿着太平洋盆地板块边缘呈马蹄形的区域。 全世界有记录的地震中,有90%是在这个区域发生的,而世界上75%的活火山也位在此区。

在这种地震热点,火山爆发和地震经常发生在几乎相同的时间点,不过这正是预期中的事。 尽管网络上常有极富说服力的猜测,但还是不能想当然地假设某个地震和后续发生的火山爆发之间有关连。

「火山有可能早就蓄势待发,或是已经喷发很久了。 」火山学家珍妮. 克里普纳(Janine Krippner)说。

尽管如此,地震会不会引起火山爆发这个问题,仍是让好几个世纪的专家持续调查的正经研究主题。 而最近的研究得到的多重证据显示,在某些情况下,地震与火山爆发的链接有可能存在。 所以科学家目前对这个问题有什么样的立场呢?

到底有没有关连?

广岛大学地球科学准教授并木敦子(Atsuko Namiki)特别列出几个地球物理研究中、显示二者有关连的数据。 例如1993年的一篇论文,把加州一个规模7.3的地震与随后发生的火山与地热活动链接起来。 而2012年的一份研究则认为,日本在1707年发生的一场规模8.7的地震,把更深层的岩浆向上逼入浅层的岩浆库,引发了49天后的富士山大爆发。

即使是一向谨慎的美国地质调查所(USGS),也说有时候地震的确能引起火山爆发。 这个机构认为,历史上有些例子显示,地震造成大地的强烈摇晃或是其他效应,改变了附近岩浆库四周的局部压力,这会重新引起火山活动。 他们引用1975年11月29日一个规模7.2的地震对夏威夷基劳亚火山的影响为例,火山在地震后很快就发生了一场短暂的喷发。

然而还是有些问题存在。 首先,如同USGS强调的,我们对触发机制的理解并不是很清楚,把地震与后续火山爆发事件做链接的论文,可能也只是基于推断而已。

其次,在所有这种例子里,二者发生时间相同有可能只是巧合。 地质学家必须在了解个别的触发机制以及排除掉巧合的因素之后,才能将链接确定下来。 而地球复杂的地质状况让这两项要求都难以做到。

达尔文先开第一枪

现在统计分析法正试图正面处理巧合的问题。 1998年《自然》上的一篇文章调查了规模8.0以上的地震,是否会在5天内触发距离震央800公里远的爆发性火山活动。 这篇文章分析了从16世纪开始到现代的数据,论文作者发现,这类爆发的次数远比用巧合能解释的多了四倍。

2009年的一篇论文也得出类似结果,这篇文章也使用历史数据来说明智利规模8.0的地震与500公里外的某些火山爆发率大幅提高有关。 问题是这类历史数据并不是全都非常好。

「大地震和大规模的火山爆发都是相对少见的事件,而科学家以可靠方法保存这些数据的时间,只有过去的半个世纪或更久一点,视地区而定。 」加州大学柏克莱分校地球物理学的大学生研究员特雷莎. 萨维(Theresa Sawi)说。

许多过去的数据都来自于模糊不清的新闻报导和杂志内容。 牛津大学的火山专家戴维. 派尔(David Pyle)指出,最早将地震和火山爆发链接起来的作者之一,不是别人,正是查尔斯. 达尔文(Charles Darwin)。

在1840年,达尔文收集了目击者关于智利火山在1836年一场大地震后出现某些轻微改变的信息。 当时到底有没有发生任何爆发事件其实并不确定,但是「虽然如此,这些事件全都被归入火山爆发的目录底下,而且现在看来好像提供了地震会引发火山爆发的证据。 」派尔说。

地层把岩浆挤上来?

萨维是《火山学报》(Bulletin of Volcanology)较新的一份统计分析研究的共同作者。 这份研究只注重1964年以来在科学上更禁得起考验的数据,而且它检视的是发生在距离火山爆发地点800公里远、较小型但规模6.0以上的地震。

这个团队找出了30座火山,这些火山都在某个时间点下爆发,而且可能是被引发的。 团队在以天为单位的时间尺度下,没有发现任何证据能否定这些爆发事件纯属巧合。 这个结果实际上与2006年一份回顾型研究的发现相反,而这篇2006年论文的作者麦可. 曼卡(Michael Manga),也是这份新研究的共同作者。

「我觉得研究人员不怕做出与先前成果相反的结论是很好的事。 」北卡罗来纳大学教堂山分校的火山学家奥利佛. 蓝姆(Oliver Lamb)说:「科学其实就该这么运作。 」

奇怪的是,萨维的研究发现在重大地震后的2个月到2年之间,火山爆裂喷发的数目上升了5%到12%,这种跃升令人感到意外又有趣,蓝姆这样说,不过它的幅度也还是很小。

西华盛顿大学地震学与火山学的副教授杰基. 卡普蓝-奥尔巴赫(Jackie Caplan-Auerbach)说这篇论文「其实强调出地震要引起火山爆发是多么不可能的事。 」

既然如此,那长期的趋势又该如何解释? 在那几个月的时间里可能发生的事就是,地震造成地层的破裂打开了新的信道,从那里黏稠的岩浆可以逐渐上升到地表。 摇晃随着时间过去也会在岩浆里制造出更多气泡,这会让周遭压力增加,和摇晃一罐汽水有点像。

也许岩石的移动会像挤牙膏那样挤压岩浆主体,萨维说,这会慢慢地迫使岩浆从火山出口路径出去。 又或许地震会拉伸火山岩浆库周围的岩石,使得气体从融化的岩石中变成气泡跑出来,增加了岩浆库的压力。

迷你火山模型

卡普蓝-奥尔巴赫怀疑如果地震真能引发火山爆发,那么火山必须在地震出击的当下已经蓄势待发。 不过虽然「大地震可能会触发快要喷发的火山活动,这点在直觉上很合理,但这个链接的观测证据还满薄弱的。 」派尔说。

有些科学家,例如敦子,很希望能发现这种证据。 她和同事在实验室里设计了火山系统的模型,并且摇晃模型来检视怎样才能触发火山喷发。

他的团队在2016年的研究里,使用变化结晶数与泡泡量等各种性质组合成的糖浆来仿真不同的岩浆库。 他们发现在物体能自然震动的共振频率时,地震造成岩浆的往来搅动最为显著。 这时泡泡会合并,顶上的薄泡沫会塌掉。 对应到真实火山时,这会让热气很容易从岩浆里逸出,增加了岩浆库的压力,可能因此促使火山喷发。

团队在2018年也发表了一份在胶体火山模型内注射仿真各种岩浆流体的研究。 他们发现摇晃模型会让流体比没有摇晃时移动得更快。 然而流体会往哪里流,则视它们的浮力和储藏深度而定。 浮力较弱的流体会像旁边或向下走,对应到真实火山时就会让喷发变得较不可能发生。 不过泡泡多的浅层流体则会往上升,有时就会导致火山喷发。

持续观察大地

关联的情况显然不是很简单易懂,而敦子指出会对地震引起火山爆发感到怀疑很正常。 不过,在德国波兹坦地理研究中心(GFZ Potsdam)地震与火山物理研究组领导团队的艾利欧诺拉. 瑞弗塔(Eleonora Rivalta),却暗示氛围似乎慢慢偏向了相信关连可能存在。

「虽然较大范围的科学界可能还是有所怀疑,许多火山地球物理学家现在却相信火山可能真的对地震有各种的反应。 」她说。 然而她强调目前仍然欠缺确凿的证据,特别是能清楚证明特定火山究竟是如何被特定地震触发。

除了统计和实验室仿真外,还有其他的研究方法。 派尔认为如果某些火山被认为遭到地震触发,那么火山喷出来的碎片可能保有喷发前岩浆库的线索。 它们也许能揭露火山在地震前后是否真有重大差异,或者显示出来的只是它们本来就快爆发了,地震只是加快了进程。

对萨维来说,前进的方向很清楚:「增加全世界的火山监测,特别是那些在历史上缺乏研究的火山,这样能帮忙提供需要的数据,来着手确认那些显示爆发机率会提高的模式和...... 没错,触发机制。 」




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