我們有辦法阻止火山爆發嗎?封住火山口,用水冷卻巖漿庫可行嗎?

2020-12-08 怪羅科學

1594年,一群義大利農民意外發現了傳說中的龐貝古城,在經過200年的挖掘後,這座被火山熔巖淹沒了近1000多年的城市總算得以重見天日。

火山爆發輕而易舉的毀滅一座城市,地球上已知活火山有523座左右,而可以摧毀文明的超級火山至少有7座,包括沉睡在美國黃石公園的那座。

我們的科技水平已經發展到可以探索地外行星,這不禁讓人聯想到,我們是否有辦法阻止一次火山爆發呢?

圖為:被熔巖淹沒的龐貝古城

許多聰明的科學家為此提出方案,包括堵住火山口阻止熔巖噴發,鑽入巖漿庫排出巖漿或用水降溫,用核彈炸毀火山等等。

但是最終結果是殘忍的,在火山爆發這樣的自然災害面前,人類顯得非常渺小,以我們現在的科技(或者未來很長時間的科技)水平,我們不可能阻止火山爆發,所有方案都不切實際。

當然,1983年埃特納火山的熔巖流通過使用炸藥挖出的新溝壑成功改道,這僅僅只是讓熔巖流改道而已,但如果是更大的火山爆發呢?我們能把熔巖引向何處呢?

我們做出的努力和提出的方案

到目前為止,最有可能實現的方案只有兩種,一種是炸毀火山口阻止火山繼續噴發,還有一種是2017年有美國國家航空航天局(NASA)提出的注水冷卻方案。

圖為:美國空軍炸毀火山任務

不過事實證明,兩種方案都是不可行的,第一種獲得了短暫成功,而第二種卻只能在理想水平而已。

早在1935年,美國人就嘗試過炸毀一座火山,然而這個大膽的嘗試只取得了短暫的成功,並被認為留下隱患。

當時,夏威夷莫納羅亞火山爆發,一股熔巖以每天一英裡(1609米)的速度向希洛市推進。

希洛市是夏威夷第二大城市,眼看著危機越來越逼近,於是當局決定炸毀火山,以阻止熔巖繼續噴發。

轟炸確實使熔巖管崩潰了,它暫時停止了輸送熔巖,但是火山口很快又變成了熔巖管道,什麼也沒有改變,未來的這類嘗試也終將是徒勞的。

很明顯,火山不在乎我們的小武器,即使是我們認為最具破壞性的核彈,也只會讓下次噴髮帶有輻射而已。

既然炸毀火山不是一個長遠的解決方案,那為什麼不直接鑽入巖漿庫去解決問題呢?

圖為:黃石公園

這便是NASA的方案,以黃石公園為例,如果鑽探設備能向巖漿庫附近的地區提供冷水,也許就能防止它在未來爆發。

水會從燃燒室中吸走熱量並使熔巖凝固,從而變得不易噴發,這個方案聽起來似乎沒毛病,但不切實際。

首先,這種冷卻計劃需要很長時間,也許是一千年,總之任何開始這個項目的人都不會活到它的完成。

另外,這更可能是一個自找麻煩的方案,方案實施過程中只會出現更多的問題。

火山熔巖必須達到50%才會爆發

火山研究人員早就發現,巖漿庫裡並不是完全由熔融物質構成,在它們生命周期的大部分時間裡是糊狀物,是一團懸浮著的部分結晶的巖漿,中間有流動性更強的溶體通道補充巖漿量。

尋找阻止火山爆發方案前,必須要先了解這個,因為如果沒有足夠的可移動巖漿,就很難在上面的火山口噴發而出,這個數據大約需要50%的火山熔巖完全處於熔融狀態才行。

例如,黃石公園地下較淺的兩個巖漿庫,目前只有15%是熔融狀態,這意味著它目前不太可能爆發。

如果要使之爆發,必須注入新的地下巖漿,所以別指望黃石公園會很快噴發,即使它發生了,根據它的噴發歷史來看,它也更有可能是熔巖流,而不是更大的災難。

正是因為如此,NASA提出的方案是有它可行的一方面,但是我們是否有辦法鑽入巖漿房實行方案呢?

圖為:科拉超深鑽孔

我們的鑽探能力

說到鑽探,人類其實並沒有那麼糟糕,世界上最深的垂直鑽孔(科拉超深鑽孔)在冷戰期間就已經成功鑽入地殼12262米,這比大多數客機飛行高度都要高。

這家蘇聯時代的企業只是因為資金枯竭而停止鑽探,如今有許多鑽孔深入地殼,大多是為了地質研究。

例如, 科學家們深入到導致恐龍滅絕的撞擊坑中心地帶,希望提取這場災難的數據,以及微生物對災難的反應。

另外,從冰島到夏威夷,在巖漿庫附近有很多鑽孔,這些鑽孔產生的熱量被用來加熱水,水被用來轉動渦輪機發電。

毫無疑問,只要我們願意,我們可以直接鑽探到巖漿庫,那麼為什麼我們不這樣做呢?因為巖漿庫比我們想像的要危險的多。

圖為:火山平面模型

火山鑽探的危險性

首先我們要知道在這裡鑽個洞可不像把大頭針插到瓶子裡那麼簡單,這更像是用注射器刺穿身體上的一根靜脈。

鑽井設備可能因為工作環境的粘度、高溫和高壓而無法工作,也可能會遇到被困住的壓力流體,這將是一個相當大的危險,它們可能會導致爆炸並衝出鑽孔。

即使我們的鑽探設備是一種特殊材料製成的,完全可以在巖漿庫裡自由工作,那這樣的行為可能觸發一次人工噴發。

事實上,這是一個自然的減壓和冷卻過程,有點像在一個吹大的氣球上插入一根針,不用我說也能想像到氣球爆炸的場景。

即使這個壓力不足以噴發,就像我們用針扎了一個乾癟的氣球,我們可以往裡面注入水來將巖漿冷卻,這也是不可能的。

因為,在巖漿庫這樣溫度極高的地方,水是會瞬間變成水蒸氣的,這似乎讓人聯想到黃石公園經常性湧出的間歇泉。

這聽起來很有意思,但不一定是形成間歇泉,更有可能是爆炸,如果我們這麼做了,水蒸氣會迅速膨脹,當到了一定臨界值,它會把下面巖石震碎。

因此,這種用水降溫的方式很可能是為巖漿到達地面鋪平道路,使自然噴發更容易形成。

最後

好吧,不僅沒法炸毀一座火山,也不建議在火山巖漿庫中鑽孔,所有阻止火山爆發的方案,要麼是製造一個無法控制的新火山爆發,要麼浪費時間和金錢。

轟炸一座火山或者鑽入火山裡面去雖然都是我們能力範圍內,隨時可以完成的項目,但對於火山爆發這樣的事實最多治標不治本。

巖漿被困在火山下面是因為周圍巖石的壓力大於巖漿的內部壓力,當內部壓力不斷加大,無論如何都會引發火山噴發。

除非在我們科技發展到可以製造出一種無所不能的「冷凍劑」,要不然,當火山爆發時,我們基本上什麼也做不了,唯一能做的就是遠遠地走開。

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