火山烟气或能预报其何时爆发

墨西哥城附近的波波卡特帕特火山

资料来源:Atonaltzin/iStockphoto

不久前，墨西哥国立自治大学的研究人员希望到达墨西哥城附近的5400米高的火山博博卡特的顶部。目标是在山顶的火山口安装监控设备。然而，当地被称为埃尔予言的波波卡特火山用火山灰和刺鼻的气体烟雾“拒绝”它们，这正是科学家们想要测量的。他们*在火山的下部安装传感器，希望明年能把它移到更高的地方。目标是测量予言释放出多少烟雾，因为这些烟雾可能暗示着一种预测火山爆发的有希望的方法。

越来越多的监测数据显示，火山释放的碳硫比的急剧上升可以在即将到来的火山爆发前提供几天到几周的预警。最新的证据来自三个新开发的研究，重点是火山，作为火山地球深层碳德加项目的一部分。它们提供了这样的希望:气体的地球化学监测有一天可能包括两个预测火山爆发的地球物理支柱:跟踪地球表面的膨胀和火山爆发前通常发生的地震的增加。"作为一种预测工具，它在统计上非常有效."新墨西哥州大学的火山学家托比亚斯·费希尔和十年项目负责人托比亚斯·费希尔说。

在火山气体中寻找“不稳定”因素的想法已经存在了几十年。例如，硫排放的急剧增加帮助科学家预测了1991年菲律宾皮纳图博火山的爆发。科学家还认为火山气体中的碳硫比是一个非常有用的指标。原则上，它可以预测最新的岩浆何时从地壳深处升起，这是火山爆发的前奏。

碳硫比的变化是因为随着压力下降，溶解在上升流岩浆中的二氧化碳在10千米或更深的地方以气泡的形式上升。相比之下，富硫气体将在较浅的深度溶解。因此，这一比率的增加可以提供新一批岩浆已经上升到一定深度阈值以上的预警。随后碳硫比的下降表明岩浆进一步上升到含硫气体释放的深度。然而，费希尔说，这还没有完全观察到，因此也不完全可靠。

虽然机理很简单，但要在碳硫比和火山爆发之间建立明确的联系，需要持续的监测。美国地质调查局的物理学家克里斯托弗·克恩(Christoph Kern)说，历史上，研究人员在参观火山时只使用瓶子收集一些气体样本，或者使用飞机和遥感工具观察火山几天或几周。然而，无论用哪种方法都很难捕捉即将爆发的火山。

然而，所有这些在本世纪初都发生了变化。那时，科学家开始开发新的设备，可以留在火山上进行连续测量，并将数据传输给研究人员。它们使用太阳能，非常坚固，价格低廉，足以在火山爆发中“牺牲”。“它们基本上是消耗品。”英国剑桥大学的火山学家玛丽·埃德蒙兹说。

意大利科学家率先将这些设备部署到埃特纳火山和斯特龙伯利火山，并开始关注火山爆发前几天或几小时碳硫比的变化。从那以后，美国和日本的地质学家已经在该国的一些火山上安装了这种设备。“十年”项目将它们添加到世界上其他九座火山中，包括埃尔予言火山。费舍尔说，总的来说，碳硫比的变化似乎是一个强有力的信号。"目前，我们正在许多不同的火山上观察它."

也许最明显的例子来自哥斯达黎加的图尔里亚瓦山。这是一座威胁圣何塞市的火山，位于它以西30公里处。2014年初，哥斯达黎加火山和地震观测站的研究员马尔腾·德·穆尔(Maarten de Moor)帮助在图尔里亚瓦山上安装了气体传感器，刚好赶上火山爆发。Demour领导的一项发表在《地球物理研究杂志》上的研究提到，在两次火山爆发周期中，碳硫比在每次火山爆发前的几周会急剧上升。"我们观察到的情况非常令人兴奋。"“这些信号真的让人大开眼界，”他说。

然而，剑桥大学的火山学家克莱夫·奥本海默(Clive Oppenheimer)表示，如果监测气体比率要成为一种广泛使用的预测工具，研究人员仍然需要了解许多复杂的因素。"气体化学的解释，特别是为了预测火山爆发，不是一门精确的科学。"奥本海默说，“要实现这一目标还有很长的路要走。”(宗华编译)

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