來自維蘇威火山的有毒氣體和火山灰僅用幾分鐘就使公元79年約2000名龐貝城居民窒息而死。來自培雷火山的火山碎屑流在1902年奪走了加勒比海馬提尼克島上近3萬人的生命。如果這些災難性的火山爆發發生在今天，科學家們能否及時預測到它們以拯救生命？
火山學家在這方面無疑取得了一些進展。看看波波卡特佩特火山，或稱埃爾波波火山就知道了。它位於墨西哥城郊外，是世界上最大的活火山之一，也是監測最嚴密的火山之一。用於監測埃爾波波火山的裝置包括10個地震站；5個攝像機；2個用於評估爆炸威力的聲音感測器；3個用於測量降雨和火山灰的水文氣象站；5個用於評估火山在噴發前物理變形程度的感測器；以及一個熱成像攝像機。
墨西哥國家災害預防中心的研究主任卡洛斯·安東尼奧·古鐵雷斯可以透過手機監控所有這些裝置收集的資料。當波波卡特佩特火山在五月份噴出煙霧、火山灰和熔岩時，古鐵雷斯和他的同事提高了威脅等級，並向地方當局提供即時更新。火山陰影下居住著2200萬人，其火山灰和噴發非常危險，足以取消學校和關閉機場。知道火山灰或火山爆發即將發生至關重要，古鐵雷斯的工作有助於人們為地震或窒息性的火山灰雲做好準備。
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1993年，埃爾波波火山上只有一個感測器。預測幾乎不存在。當火山活動在1994年爆發之前活躍起來時，那次爆發標誌著波波卡特佩特火山當前行為模式的開始，附近的居民確信它會“像龐貝一樣”，古鐵雷斯說。他迅速在火山上放置了更多感測器，這幫助他和他的團隊消除了誤傳，並開發了他們今天使用的預警系統。
在過去的幾十年裡，技術進步和對更多火山的監測範圍的擴大，有助於告知生活在火山暴露範圍內的超過5億人。科學家們正沉浸在資料中；他們只需要弄清楚如何利用這些資訊來加快他們的預測速度。今天最準確的火山爆發預測系統以小時而不是天或周為單位發出警告。但是，許多火山顯示出足夠的早期行為線索，以至於科學家們經常在系統發出警告之前簡單地猜測即將發生某些事情——即使爆發的具體時刻尚不清楚。研究人員樂觀地認為，這些警告最終將超越僅僅提前幾小時的通知。
這些進展至關重要。火山活動 繼續威脅著全球各地人民的生命和社群。
“如果你犯了錯誤，那麼風險就相當高，”牛津大學火山學家和教授塔姆辛·馬瑟說。“如果你告訴他們撤離，然後什麼都沒有發生，那麼下次有人說‘你現在真的必須撤離’時，民眾的印象自然不會那麼深刻。”
美國地質調查局地震學家塞思·莫蘭說，雖然目前用於探測火山活動的技術比1990年代可用的技術“先進得多”，但仍然存在許多未知數。他將這種情況比作醫生進行診斷：體溫、脈搏和血壓都是患者體內正在發生的事情的症狀，但有時醫生會要求進行活檢以檢視內部情況並找出真正發生了什麼。“對於火山，我們無法做到這一點，”莫蘭說。“你不能下去取樣地表以下五英里的岩漿。”
在科學家們開發出能夠承受炙熱溫度約為1500華氏度的岩漿的探測器之前，更精確的長期火山爆發預測不太可能實現。美國地質調查局夏威夷火山觀測站的負責人肯·洪說，目前，火山學家和地震學家需要保持警惕。
“即使在半夜，我們也必須保持最佳狀態，”洪說。“這並不容易。預測仍然涉及到很多人的直覺。”
當氣體或岩漿從其主噴口進入大氣或地表時，火山就會爆發。岩漿驅動著這些爆發。它的運動可以催化氣體排放、引發地震並使火山外部變形。除了人類聽覺閾值以下的低頻聲音外，這些跡象是科學家們用來預測火山活動和爆發的主要指標。
部署在火山周圍的幾種儀器測量這些明顯的跡象。這些裝置包括看起來有點像咖啡罐的地震儀，用於監測任何表明熔岩上升的地面震動。其他裝置類似於裝有電腦和汽車電池的家得寶塑膠箱；這些裝置記錄地震儀讀數，並讓科學家們從遠處瞭解情況。較新的技術以三維而不是僅一維捕捉地震能量——地球的運動方式。
最重要的是，這些儀器必須堅固耐用。“這具有挑戰性，因為你要把所有這些非常敏感的電子裝置都放在一個非常惡劣的環境中。那裡颳風；下雨；空氣中經常有酸性氣體，”華盛頓特區卡內基科學研究所的火山學家戴安娜·羅曼說。“多年來，我們學會了如何以能夠持久的方式建造這些裝置。”
有了如此眾多的儀器，火山很少會在科學家沒有任何預警的情況下爆發。無論是地震活動還是二氧化碳的噴發，大多數火山都會發出預警訊號，科學家們利用這些訊號在火山爆發前幾個小時做出相當準確的預測。專家們表示，人們很容易推測這些進展本可以拯救古代龐貝城居民免於災難，但並非所有火山都提供線索。有些火山只是在沒有任何警告的情況下爆發。
地球科學丹尼森大學副教授埃裡克·克萊梅蒂說，科學家們並不完全瞭解最初是什麼引發了火山爆發，或者是什麼導致火山從躁動不安轉變為“真正地從地面噴出東西”。瞭解是什麼啟動岩漿在岩漿房中彙集然後上升，將有助於科學家們建立更好、更及時的預測。
部分未知數圍繞著存在的多種火山型別。如果火山沒有開放的噴口，科學家就無法透過氣體排放評估火山活動。有些火山在爆發前像充氣的氣球一樣膨脹起來，這種地面位移很容易被衛星捕捉到。另一些火山，如夏威夷大島上的基拉韋厄火山，僅膨脹幾毫米（英寸的二十五分之一）。
“我們取得了巨大進步，衛星真的在幫助我們。但我們仍然像是在解讀來自深處的訊息，”馬瑟說。“我們看不到全貌。”
此外，火山是反覆無常的。它們不僅會改變行為，還會改變行為模式。在基拉韋厄火山2018年爆發之前，發生了數天的地震，這給了美國地質調查局夏威夷火山觀測站的工作人員充足的時間通知大島官員。但當基拉韋厄火山在6月初爆發時，洪的團隊只有一小時的預警時間。*
“我們不會改變我們的火山在爆發前不久才向我們傳送訊號的事實，”洪說。“這就是野獸的本性，對吧？它只是靜靜地待在那裡，然後突然襲擊。因此，我們只需要在那樣的時間尺度上做好準備，接受它並準確地識別它。”
有一些進展的跡象。義大利科學家建立了一個自動預警系統，該系統在2008年開始的近十年期間，成功預測了埃特納火山59次爆發中的57次（儘管僅提前約一小時）。2021年，美國宇航局噴氣推進實驗室和阿拉斯加費爾班克斯大學的研究人員聲稱，他們透過分析這些龐然大物地下的熱訊號，提前數年在五座火山上發現了預警訊號。
火山爆發預測的下一個障礙是確定爆發強度。莫蘭說，他認為可用資料的增加將有助於解開這個謎團，從而為當地社群提供更有用的預測。
“我們僅僅發表論文並稱其為好是不夠的，”莫蘭說。“我們必須深入社群，傳播資訊，並確保我們擁有的資訊是可理解的——並且被那些需要了解資訊的人所理解。”
*編者注（2023年7月12日）：此段在釋出後經過編輯，以更正對基拉韋厄火山爆發的描述，該爆發之前發生了數天的地震。