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2018年5月3日，一場災難悄然降臨在美國夏威夷島。伴隨著奇怪的轟鳴，夏威夷島東南側的一處居民區——雷拉尼莊園的地面突然裂開一條幾百米長的裂縫，溫度高達上千攝氏度的巖漿從這裡噴出，房屋瞬間燃起熊熊大火，數千居民只得帶上貴重物品匆忙逃離，眼看家園化為廢墟。
2018年5月，基拉韋厄火山噴發產生的熔巖流進入居民區｜npr.org巖漿源源不斷地從新出現的裂縫中湧出，不僅摧毀了民房，還霸佔了周圍的公路。當地政府因此封鎖了噴發附近的主道路，並派出軍隊把守在出入口。
噴發形成的巖漿湧上公路｜usatoday由於工作原因，我當時正好在夏威夷島，傍晚駕車行駛在距離噴發口幾公裡外的公路上，可以清晰地看見流動在地表的熔巖倒映於天空中的紅色火光。
2018年6月1日，夏威夷島。流動於地表的熔巖倒映在天空的火光 | 作者拍攝從雷拉尼莊園噴出地面的巖漿，其實來源於三十公裡開外的基拉韋厄（Kīlauea，夏威夷語意為「噴湧」）火山。它是夏威夷島四座活火山中最活躍的一個：僅在20世紀，就曾噴發過大約52次。
夏威夷島火山分布 | nytimes與常見的「火山口噴出巖漿」不同，發生在基拉韋厄火山的，是稍顯狡猾的「裂隙式噴發」——由於處在裂谷區，這裡的淺層地殼比較「脆弱」，更容易被巖漿折斷、撕裂，形成噴發，因此也更難以防範。2018年的這次噴發一共形成了大約24個噴發口。
2018年5月，巖漿從夏威夷島雷拉尼莊園的地表，撕開一條長達六百多米的裂縫｜theatlantic夏威夷火山的巖漿，大多數是鎂鐵元素含量較高的矽酸質玄武巖。這些巖漿的粘度較小，像從地下源源不斷擠出的番茄醬，在地面上緩緩流動，有的可以長途跋涉數十公裡。
「八號裂縫」（圖上方火光處）當屬2018年噴發中最「長壽」的噴發口。它持續噴發了三個多月，噴出巖漿的速率最高達到每秒鐘50到150立方米｜美國地質調查局USGS這場噴發持續了四個月，直到2018年9月才結束。巖漿覆蓋了約35平方千米的土地，摧毀了超過700座房屋，造成了超過8億美元的經濟損失。一部分巖漿流入太平洋，與原有的海岸線連結起來，使夏威夷島的面積增加了超過3平方千米。
2019年拍攝的衛星圖像顯示了2018年噴發形成的熔巖流覆蓋的巨大區域（圖中灰黑色部分）｜美國地質調查局USGS火山噴發的背後推手大多數情況下，火山噴發與儲藏在地幔或下地殼的深部巖漿向地表運動有關。當上湧的巖漿體積足夠大，位於地表的火山山體往往會發生形變，整體向上抬升。這些巖漿活動，通常會被位於地表的火山監測系統（比如形變觀測儀和GPS），或環繞地球的衛星（以拍攝圖像的形式）記錄下來。然而，2018年的這次噴發，並沒有在衛星圖像中留下明顯的「山體抬升」痕跡。究竟是什麼引起了這次噴發？為什麼這次噴發與過去三十五年中發生過的噴發相比，規模更大，持續時間更長？2020年4月，來自邁阿密大學的兩位科學家傑米·法誇爾森（Jamie I. Farquharson ）和法爾克·阿梅隆（Falk Amelung）在《自然》雜誌上發表了一篇文章[1]，提出這次噴發可能與噴發前過量的降雨有關。夏威夷島全年降水主要集中在三月到八月之間。在2018年1月中下旬，夏威夷島所在的北太平洋地區的大氣圈曾出現大規模（範圍超過1000千米）的氣流變化，使得該島在接下來的幾個月內，持續處於低氣壓環境。這篇論文指出，根據美國國家航空航天局（NASA）的衛星數據，基拉韋厄火山所在地區2018年第一季度的降雨量累積達到2.25米，遠高於過去十九年（第一季度）中平均0.9米的降雨量，而2018年噴發前一個月的總降雨量約1米，這大約是過去十九年每月平均降雨量的10倍。
基拉韋厄火山2018年噴發前的降雨量，與2000-2019年之間降雨量的對比（a）每日累計降雨量;（c）每月累計降雨量;（e）每半年累積降雨量 | 參考文獻[1]這篇論文還提出，自1790年以來，基拉韋厄火山的噴發超過六成（總共33次噴發中的20次）都發生在「雨季」。就連發生在1924年5月，基拉韋厄火山自19世紀以來最劇烈的那次噴發，也正好發生在異常大量的降雨之後。然而，即使降雨與噴發時間恰好重合，降雨到底如何引起火山噴發呢？論文的兩位作者認為，大量降雨會滲入火山底下的地層，導致地下深度約1千米~3千米的地層水壓力增大，使本就脆弱的裂谷區地層更容易破裂。巖石破裂產生的裂隙使巖漿更容易從地殼深部上湧，最終促成了噴發。利用火山所在區域以往的降雨記錄及衛星數據，他們計算出了2018年噴發前火山所在區域地下水水壓隨時間的變化，認為這次噴發前的壓力，達到了過去45年來的最大值（約數百帕斯卡）。不僅如此，過去45年中暴雨導致地下水壓力陡增的時間段，也恰好與衛星數據顯示的多次巖漿上湧的時間段相吻合。因此他們認為，過量的降雨是引起2018年基拉韋厄火山噴發的主要原因。不過，事實是否真的如此？「過量降雨引起火山噴發」仍存爭議這篇發表在《自然》雜誌的論文，自今年4月刊出以來，在火山學界引起了不小的爭論。「降雨可能引起淺層蒸汽式噴發」的說法雖早已存在，但這個過程被認為僅發生離地表很近的地方，遠未達到論文中提到的「距地面3千米深處」。加州大學伯克利分校的著名火山學家麥可·曼加（Michael Manga），在《自然》雜誌上發表了一篇針對此文的評論文章 [2]，提出了三個疑慮。首先，這篇論文計算的地下水壓力增值很小，僅數百帕斯卡，這一數值甚至小於潮汐對火山體系造成的應力變化。如此小的壓力變化，只有在地下巖石已達到「幾近破裂」的臨界點時，才有可能發揮文中提到的作用。其次，雖然這樣的地下水壓力變化有可能引發地震（2018年噴發初期，基拉韋厄火山周圍也的確發生過一次6.9級地震），但是，地震可能會使積聚在巖漿房周圍地層中的壓力得到釋放，壓力減小的巖漿則更難「突出重圍」向地表移動，這反而抑制了火山噴發的發生。最後，較淺地層中的地下水很可能以氣體（而非液體水）的形式存在，這就意味著地層中實際的壓力變化，很可能比論文中推導出的壓力值更小。另外，美國地質調查局（USGS）夏威夷火山監測所的科學家們曾在2019年的《科學》雜誌發表過一篇論文。他們，早在2018年噴發前兩個月，他們就利用安置於Pu『u 『『ō噴氣口附近的測斜儀，觀察到了由巖漿地下活動引起的地表形變，並且在4月17日（噴發前約兩周）公開發布了預警，提出可能會有新的噴發口出現在Pu『u 『『ō噴氣口周圍，或者是東部裂谷區內（這也正是實際噴發發生的區域）。如果要驗證兩位學者提出的「降雨與地下水壓力變化」的模型是否正確，還需要對比地下水的監測數據。可惜的是，目前世界上大部分火山的監測工作，還並未涉及到地下水監測。如此看來，降雨到底能否引發火山噴發，答案還有待商榷。極端天氣，會導致更頻繁的火山噴發嗎？雖然目前無法確定暴雨與火山噴發是否存在必然的聯繫，但可以確定的是，降雨量及地下水壓力的變化，應該在未來被納入火山監測的範圍。在全球變暖，極端天氣越發頻繁的今天，火山噴發除了很大程度上受地球內部活動的影響，也很可能誘發於多種外部因素的相互作用。而以上關於火山噴發成因的爭論，也間接告訴了我們，人類目前對火山的認識非常有限。不論是對火山，還是對其他自然現象的探索，仍然路漫漫其修遠兮。不過，藉助科學的手段，更多謎題會在未來揭開。
作者：liweiran編輯：Yuki排版：雷穎參考資料：[1] J. I. Farquharson & F. Amelung (2020). Extreme rainfall triggered the 2018 rift eruption at Kīlauea Volcano. Nature, 580: 491-495. DOI: 10.1038/s41586-020-2172-5[2] https://www.nature.com/articles/d41586-020-01091-4?draft=journal&proof=true歡迎個人轉發到朋友圈本文版權屬於「我是科學家」，未經授權不得轉載。如需轉載請聯繫iscientist@guokr.com
來源：新華號 果殼