基拉韋厄火山噴發如同“踩踏火箭”玩具

2018年4月30日，夏威夷島海拔1247米的基拉韋厄火山再次蘇醒。熔巖從火山側面的裂縫噴涌而出，這標志著該火山數百年來最大規模的噴發開始了。它最終噴發出的熔巖足以填滿50萬個奧運會規模的游泳池，并摧毀了700所房屋。隨著熔巖的流動，這座火山還釋放了一系列罕見的爆炸，將羽狀物灰燼射向數千米高空。

現在，一組地球科學家分析了這些爆炸，并將得出的結論發表于《自然-地球科學》。研究人員表示，基拉韋厄火山噴發是在山體坍塌時發生，坍塌引發爆炸從而將火山灰和氣體噴向高空。這種爆炸機制如同一種“踩踏火箭”玩具——用腳跺在充滿空氣的塑料風箱上，泡沫火箭就會發射到空中。

“這是一個非常合理的解釋。”美國加州大學伯克利分校的巖石學專家Penny Wieser說，研究這些爆炸的機制是了解基拉韋厄火山危害的重要組成部分。

基拉韋厄火山是地球上最活躍的火山之一，平均每兩三年噴發一次。但這些噴發通常會產生大量熔巖，而不是高聳入云的火山灰和氣體柱。基拉韋厄火山上一次發生爆炸性噴發是在1924年，當時火山噴出了汽車大小的石塊。目前還不清楚是什么導致了這些爆炸。

在2018年的火山動蕩中，夏威夷火山觀測站（HVO）的科學家就意識到，有可能1924年火山爆發會重演。果不其然，第一次爆炸從山頂呼嘯而過，另一起爆炸緊隨其后。幾個星期以來，幾乎每天都有充滿火山灰的火山噴發，其規律性令人驚訝。每次爆炸前，都會有一陣強烈的地震震動地面。那么，地下水是如何驅動如此有規律的循環爆炸的？

爆炸性噴發一般由地面噴出的氣態熔融巖石快速上升引起，就像從搖晃的瓶子里噴出蘇打水一樣。但2018年的爆炸事件并非如此。研究人員對噴發出的火山灰分析顯示，它很可能是火山口壁或儲層的粉碎巖石，而不是巖漿爆炸產生的新鮮熔融巖石。

相反，火山噴發的線索指向了另一種機制。到2018年6月，火山口周圍的地表已經明顯下沉。當時，科學家認為坍塌可能導致爆炸，但具體聯系尚不清楚。為了獲得更多線索，美國斯坦福大學的地球物理學家Josh Crozier和同事查閱了HVO通過密集的儀器網絡收集的基拉韋厄火山12次爆炸中的地球物理數據。

地震儀捕捉到最微小的火山震動，而其他傳感器則追蹤次聲，次聲是一種頻率太低而無法讓人聽到的波。這些數據揭示了地表的細微變化以及地下巖漿庫的壓力變化。該團隊還開發了一個模型來解釋觀測到的行為。

在這個模型中，當巖漿從遙遠的裂縫中涌出時，山頂下的淺層水庫會排水，在不穩定的巖石頂部下方形成一個不斷增長的氣穴。Crozier說，當一塊1到2公里寬的巖石下沉填滿下面的空間時，地震就會發出嘎嘎聲。這種變化突然給巖漿室加壓，將氣體噴射到空中。然后，隨著更多巖漿的流失，一個新的氣穴開始出現，循環再次開始。

這種機制可能推動了基拉韋厄火山的爆炸，在過去1500年中，基拉韋厄火山至少發生了6次爆炸，威力大到足以將灰燼送入噴射流。加州大學伯克利分校的火山學家Michael Manga說，“踩踏火箭”也可能發生在其他火山上，盡管這種情況很罕見。例如，2022年1月，南太平洋一座水下火山Hunga Tonga Hunga Ha'apai發出巨大爆炸聲，數千公里外都能聽到。“可能是坍塌擠壓了下面的巖漿，從而使噴發規模比其他情況下更大。”