義大利巨型火山可能即將噴發

義大利坎皮佛萊格瑞火山最近引發了數千次地震,並導致地面隆起,這讓130萬居民感到擔憂

Aerial view of the Solfatara crater surrounded by green landscape and villages by the sea.

索爾法塔拉火山口的景觀,它是坎皮佛萊格瑞火山的一部分,也是義大利南部最大的破火山口,位於義大利坎帕尼亞大區的波佐利。

10月2日晚,一場令人擔憂的地震撼動了坎皮佛萊格瑞上方的城鎮。坎皮佛萊格瑞是那不勒斯以西的一個巨大的、長期休眠的火山,這場地震讓當地媒體和當局陷入恐慌。記者們猜測,火山可能會開始流出熔岩,威脅到居住在其中心附近高風險地區的130萬人。火山學家呼籲更新現有的疏散計劃,該計劃假定可以在提前72小時預測到火山噴發,並將其更新為包括在噴發已經開始後疏散所有人的可能性。

10月31日,義大利民事保護部長內洛·穆蘇梅奇表示,如果地震活動持續,他將考慮提高警報級別——此舉將啟動某些醫院和監獄的疏散,並鼓勵最緊急的50萬居民自願離開家園。在平靜了幾個星期後,11月23日,該地區又發生了一系列震顫,促使媒體再次猜測岩漿上升到地表的可能性。

10月2日發生的4.0級地震以及此後發生的數百次地震,標誌著坎皮佛萊格瑞火山數十年來最劇烈的地震活動期。在10月2日之前的兩個月裡,該地區記錄了2000多次低震級的震顫,其中包括自1983年以來最強的地震。監測系統顯示,自2005年以來,某些地方的地面上升了1.17米,其中三分之二發生在2016年之後。


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居民之間的緊張氣氛仍然很高,因為科學家們不確定地表之下發生了什麼。科學界一致認為,震顫和隆起是火山正在甦醒的跡象。但是,他們正在努力糾正對地面隆起的兩種相互競爭的解釋,這兩種解釋已經爭論了幾十年,這讓居民和研究人員感到不安。對地質之謎的解答可以使科學家們更接近確定火山噴發的可能性。它還可以為世界各地的地質學家提供預警訊號,以便在其他大型火山開始隆隆作響時尋找,尤其是像美國西北部的黃石火山、印度尼西亞的多巴火山和阿根廷、玻利維亞和智利的阿爾蒂普拉諾-普納火山群這樣的超級火山

一種模型——我們稱之為淺層岩漿模型——認為地震活動和隆起是由岩漿推向地表引起的,使得近期發生劇烈的岩漿外流的爆炸性噴發的可能性很高。另一種模型,即熱流體模型,認為地下深處的岩漿釋放的蒸汽和熱氣是罪魁禍首。在這種情況下,正在進行的地震活動可能會突然停止或在潛水噴發中達到頂峰——火山會噴出熱液體、氣體和岩石碎片,而不是熔岩。這將造成的威脅較小,但由於有這麼多人住在附近,它仍然是致命的威脅。

義大利坎帕尼亞路易吉·萬維泰利大學的地球化學和火山學副教授羅伯託·莫雷蒂說:“每個人都同意岩漿參與其中。”自2013年以來,他一直是熱流體模型的支持者。但是,科學家們對於岩漿究竟起什麼作用以及它與地面的距離有多近存在分歧。“因此,問題就大了,”莫雷蒂說。“岩漿在哪裡?”

這座火山在英語中被稱為弗萊格雷安火山,在一個14公里寬的區域內包含二十多個火山口和其他構造。其中三分之一位於第勒尼安海之下,介於義大利大陸和該國的撒丁島之間。這座火山已經活躍了至少8萬年。它的破火山口——空岩漿房導致火山頂塌陷時形成的窪地——是在3.9萬年前和1.5萬年前的兩次劇烈噴發後形成的。較早的一次噴發導致100公里以內的地區出現火山冬天,將火山灰送到了俄羅斯,並突然冷卻了全球氣候。

自從1538年最近一次噴發後,這座火山就平靜下來了。倫敦大學學院的火山學和地球物理災害教授克里斯托弗·基爾本說,到現在,“地下熔岩和地表之間的任何先前聯絡都已被封鎖”。因此,地殼充當屏障,基爾本說,在下一次噴發發生之前,地殼必須破裂,為熔岩或流體的突破創造一條新的通道。

科學家們認為,這種情況自坎皮佛萊格瑞火山在20世紀50年代甦醒以來一直在發生。當時,適度的地震活動加劇,並伴隨著地面的緩慢彎曲——隆起和下沉。科學家們說,來自地殼頂部下方的壓力以兩到三公里的深度擠壓著它,導致它伸展和破裂,從而產生淺層地震和地表隆起。在1982年至1984年間,地面上升了1.8米,大約3萬人被疏散,許多科學家認為這是一次流產的噴發——岩漿被認為已經上升到接近地表,但隨後某種東西阻止了它的上升。地面在2004年開始再次消退,當時當前的隆起開始了。

根據基爾本在《地球與環境通訊》上合著的2023年論文,每次隆起事件都會進一步拉伸地殼,從而為破裂創造更有利的環境,併為噴發開闢道路。

但是,分歧就在這裡。根據淺層岩漿模型,上升的岩漿正在對地殼施加壓力,這種情況發生在20世紀80年代地面上升時。根據熱流體模型,該模型自2016年該地區地震活動加劇以來獲得了更多關注,岩漿位於更深處,但它正在向地表傳送越來越多量的蒸汽和熱氣。

為任何一種模型找到確鑿的證據仍然難以捉摸。地球物理學家無法直接接觸他們研究的複雜的地下現象。相反,他們分析到達地表的那些過程的間接訊號,例如地震活動、地面隆起和被稱為噴氣孔的噴氣孔排放的氣體。“這並非坎皮佛萊格瑞獨有的,”基爾本說。“每當火山重新甦醒時,我們都必須發揮一點想象力來弄清楚這些訊號的含義。”莫雷蒂將火山學家的努力比作過去試圖僅根據一個人的症狀來辨別人類疾病的醫生,而對內部身體過程沒有詳細的瞭解。

莫雷蒂和基爾本等人都指出,到目前為止,隆起速度比1982-1984年慢,當時隆起很可能是由淺層上升的岩漿引起的,而這種情況在目前的情況下並沒有真正出現。熱流體模型與在噴氣孔處測量到的大量二氧化碳以及地面隆起的形狀相一致,地面的隆起在震中(靠近義大利波佐利鎮)更大,並從那裡逐漸減小。

科學家可以進行的一項調查是鑽探。“鑽孔是研究地質和火山最有效、最直接的方法,”義大利國家地球物理和火山學研究所的研究主任朱塞佩·德納塔萊說,他同意以個人研究人員的身份與《大眾科學》交談,而不是該研究所的代表。德納塔萊在2012年領導了鑽探500米先導孔的工作,該孔為科學家提供了關於破火山口的起源和邊界的更精確的地層資訊。但他表示,當地政客和媒體,以及一位當地科學家,開始對該專案“發動戰爭”,稱其為危險專案。公眾輿論反對第二個3.5公里的鑽孔,導致資助者撤回了他們的支援。

目前還不清楚,現在威脅似乎更大,對新鑽孔的支援是否有所增加。德納塔萊說,有關新鑽探的訊息可能會引起類似的反應,因此目前鑽探計劃已被擱置。鑽探一個3.5公里的鑽孔大約需要一個月的時間。它在地表附近的直徑在30到35釐米之間,在更深層的直徑在10到12釐米之間。這樣一個鑽孔不可避免地會刺穿地殼,但德納塔萊說,這幾乎不會對當地居民造成風險,因為現代鑽孔都配備了防噴器——機械裝置也用於油井,當壓力超過某個閾值時,可以監測和密封鑽孔。莫雷蒂說,鑽探可能會產生地震活動,並且可能會噴出熱的、酸性的液體——就像間歇泉一樣。

鑽孔將允許科學家研究深層地球化學成分,以及岩石,包括它們的溫度和壓力。此外,鑽孔將幫助研究人員瞭解地殼還能延伸多少。“我們知道,自1950年以來,地面上升了4米,自2005年以來上升了1.17米,但我們不知道岩石還能承受多大的壓力,”德納塔萊說。他說,4米的隆起可能適中,也可能接近即將噴發的臨界點。

基爾本說,科學家之間的差異可能聽起來像是破火山口上的人們在吹毛求疵,因為只要隆起繼續,地下壓力就會增加,地震活動也會繼續增加。然而,德納塔萊說,更強烈的地震也可能意味著地下正在發生斷裂,從而減輕了一些壓力。類似的趨勢似乎發生在10月底,當時坎皮佛萊格瑞火山下的震顫次數減少了。但是德納塔萊說,這種趨勢可能是短暫的:“裂縫會隨著時間的推移而癒合,當它們閉合時,壓力會再次開始積累,”他說。類似的事情發生在2013年,當時地震活動似乎有所下降,但一年後又再次加劇。“似乎一切都結束了,”德納塔萊補充說。“但是,一切又像以前一樣重新開始了。”

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