是什麼導致火山爆發?科學家如何預測火山爆發?

火山學家尚無法預測火山爆發

基拉韋厄火山爆發。

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編者注(6/4/18):由於瓜地馬拉富埃戈火山於週日(6月3日)致命爆發,火山灰流迅速覆蓋附近村莊,因此重新發布此報道。

辛辛那提大學地質學系主任阿提拉·基林克提供了這個答案。最近,基林克教授一直在研究夏威夷和蒙特塞拉特的火山。

當地球上地幔或下地殼的一部分熔化時,岩漿就形成了。火山本質上是一個開口或噴口,岩漿及其所含的溶解氣體透過這個開口或噴口排出。雖然有幾個因素會引發火山爆發,但主要有三個:岩漿的浮力、岩漿中逸出氣體的壓力以及新一批岩漿注入已充滿岩漿房。以下是對這些過程的簡要描述。


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當地球內部的岩石熔化時,其質量保持不變,而體積增大——產生比周圍巖石密度小的熔體。這種較輕的岩漿然後由於其浮力而向地表上升。如果岩漿在其產生區域和地表之間的密度小於周圍和上覆岩石的密度,則岩漿到達地表並噴發。

所謂的安山岩和流紋岩成分的岩漿也含有溶解的揮發物,如水、二氧化硫和二氧化碳。實驗表明,溶解在岩漿中的氣體量(其溶解度)在大氣壓下為零,但隨著壓力的增加而升高。

例如,在充滿水且位於地表以下六公里的安山岩岩漿中,約有 5% 的重量是溶解的水。當這種岩漿向地表移動時,水中岩漿的溶解度降低,因此多餘的水以氣泡的形式從岩漿中分離出來。隨著岩漿越來越靠近地表,越來越多的水從岩漿中逸出,從而增加了管道中的氣體/岩漿比率。當氣泡的體積達到約 75% 時,岩漿崩解成火山碎屑(部分熔融和固體碎片)並爆炸性噴發。

導致火山爆發的第三個過程是將新的岩漿注入到已經充滿成分相似或不同的岩漿的岩漿房中。這種注入迫使岩漿房中的一些岩漿在管道中向上移動,並在地表噴發。

儘管火山學家非常清楚這三個過程,但他們尚無法預測火山爆發。但是,他們在預測火山爆發方面取得了重大進展。預測包括對受監測火山的爆發的可能特徵和時間進行預測。爆發的特徵基於相關火山及其火山產物的史前和歷史記錄。例如,一座猛烈爆發的火山,曾經產生火山灰降落、火山灰流和火山泥流(或火山礫流),未來很可能也會這樣做。

確定受監測火山的爆發時間取決於測量許多引數,包括但不限於火山的地震活動(尤其是火山地震的深度和頻率)、地面變形(使用傾斜儀和/或 GPS 以及衛星干涉測量確定)以及氣體排放(透過相關光譜儀或 COSPEC 取樣二氧化硫氣體的量)。1991 年發生了一個成功的預測的絕佳例子。美國地質調查局的火山學家準確預測了菲律賓皮納圖博火山 6 月 15 日的爆發,從而及時疏散了克拉克空軍基地,挽救了數千人的生命。

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