美火山剧烈喷发3个月，竟然是因为雨下多了？

夏威夷是生长在地幔热点上的火山岛链。频繁的火山活动造就了夏威夷群岛。基拉韦厄火山是岛上最活跃的火山之一，被美国地质调查局评为美国最危险的火山。

基拉韦厄火山爆发(照片来源:美国地质调查局)

基拉韦厄火山是夏威夷群岛上最活跃的火山。自2018年5月以来，基拉韦厄火山经历了一系列大规模喷发。结合持续时间和复杂性等因素，火山学家将这次火山爆发评价为“现代记录中前所未有的火山爆发”。然而，近两年后，火山学家仍然不知道是什么引发了火山活动。最近，《自然》杂志发表的一篇论文提出了一个有争议的新观点，即火山爆发可能与降水有关。

夏威夷是生长在地幔热点上的火山岛链。频繁的火山活动造就了夏威夷群岛，但火山的威胁也成了悬在当地居民和游客头上的“达摩克利斯之剑”。基拉韦厄火山是岛上最活跃的火山之一，被美国地质调查局评为美国最危险的火山。

自1983年以来，基拉韦厄火山的喷发几乎没有停止过。然而，由于岩浆的低粘度和高流动性，很少有火山爆发被人们想象为“一场巨大的爆炸，接着岩浆喷向天空”。在大多数情况下，岩浆只会沿着火山口或裂缝静静地流动。

当地时间2018年4月30日，基拉韦厄火山的普乌奥火山口突然坍塌，宣布一场特别猛烈的火山爆发开始。仅仅四天后，火山东部的地面突然裂开，在裂缝中喷出富含二氧化硫的火山气体，然后开始涌出岩浆。前院后面流淌的岩浆迫使当地居民和游客迅速撤离。到5月10日，由于大量地下岩浆从东部裂谷带涌出，西部Halema'uma'u火山口的熔岩湖下降了近300米。这一变化引发了连锁反应:由于内部岩浆流失，Halema'uma'u陨石坑已经坍塌并爆炸了数十次，巨大的烟柱高达9000米。

然而，五月只是开始，基拉韦厄火山的爆发并没有就此停止。到6月初，在火山的东部裂谷带已经形成了24条裂缝。岩浆(称为熔岩)从地表涌出的速度可能达到每秒100立方米，每天释放超过55000吨的火山气体。这时，地下浅层的岩浆几乎耗尽，深层的岩浆开始膨胀，从一些裂缝喷出的岩浆达到80米高。这些高达数千摄氏度的高温流体在短短90分钟内蒸发掉岛上最大的淡水湖，并沿着卡波霍湾流入大海，最终冷却形成熔岩三角洲。

卫星图像显示，6月3日(左)熔岩向卡波霍湾地区推进。到6月5日(右)，熔岩已经覆盖了卡波霍湾大部分地区，甚至流入大海。(照片来源:美联社《数字地球》)

持续而强烈的火山活动直到8月初才平息，流出裂谷地区的岩浆大幅减少，二氧化硫排放量也急剧减少。当夏威夷火山国家公园于9月22日重新开放时，基拉韦厄火山的熔岩覆盖了该岛约35.5平方公里的面积，摧毁了700多栋房屋，淹没了32万个奥运标准游泳池。火山爆发的停止也标志着始于1983年的长达35年的基拉韦厄火山爆发的结束。

雨水引发火山爆发？

像许多火山学家一样，在过去的两年里，美国迈阿密大学的杰米·法科尔森和福克·阿梅隆也致力于研究是什么导致了2018年基拉韦厄火山爆发如此剧烈和持续。

在火山内部，岩浆会聚集形成岩浆房。当岩浆房中的压力足够高时，岩浆会冲破周围的岩石，上升到地表，导致火山爆发。一般来说，在火山爆发之前，这种压力会引起地面上几十厘米的隆起，这也成为人们预测火山爆发的有效手段。

然而，在2018年基拉韦厄火山爆发之前，没有观察到明显的地面隆起。合成孔径雷达干涉测量(InSAR)数据显示，从2014年年中到2017年年中，基拉韦厄火山附近的表面确实膨胀了0.3米。但是在那之后，直到2018年，在火山爆发之前，地面隆起只有大约0.01米。因此，法夸森和阿默隆开始考虑是否还有其他影响因素。

他们观察了降雨量，然后一个惊人的巧合发生了:2018年初，该地区的降雨量比往年多得多。美国宇航局的TRMM/全球大气监测卫星数据显示，2018年第一季度，基拉韦厄火山附近的降雨量达到2.25米，而过去19年第一季度的平均降雨量为0.9米。这让他们产生了一个新想法——是大量降水导致了这次不寻常的火山爆发吗？

事实上，他们的猜测并非没有根据。先前的研究表明，过多的降水会导致地下应力的变化，从而形成新的断层或激活旧的断层，并导致滑坡和地震等地质现象。此外，有研究表明，落在火山热顶上的暴雨可能导致火山顶部坍塌，从而引发火山爆发。然而，这只是降水和浅层岩浆的直接影响，从来没有任何研究将降水与深层岩浆活动联系起来。

为了验证他们的想法，Farquharson和Amelung建立了一个模型来模拟暴雨后基拉韦厄火山内部流体压力的变化。根据他们的想法，下落的雨水将渗透到地下深处的岩石孔隙中，从而积累应力，这可直接导致地层的机械破裂并诱发火山活动。

模型的计算结果也支持了他们的假设。该模型显示，就在2018年火山爆发之前，流体压力在地表以下约3公里处达到了半个世纪以来的最高水平。此外，他们的假设也可以解释火山爆发前没有明显地表隆起的原因:不是岩浆房中的压力增加，而是降雨带来的压力使东部裂谷带更加脆弱。换句话说，并不是岩浆增加了“敲门”的强度，而是围岩主动“开门”，所以自然看不到岩浆“敲门”的痕迹。

然后他们重新检查了基拉韦厄火山爆发和1970年以来的降水之间的关系。对法库哈森和阿默隆来说，更令人兴奋的是，夏威夷群岛“雨季”火山爆发的概率是“旱季”的两倍——尽管夏威夷群岛的“雨季”比“旱季”短，但仍有60%的火山爆发发生在“雨季”。

“我们对数据挖掘得越深入，越有证据表明降雨导致了火山爆发。”法科尔森说。他还强调，如果基拉韦厄火山是这种情况，那么其他火山也可能是同样的情况:“研究证明，冰岛冰盖的融化将影响火山活动。如果我们能够确定世界上哪些地区的降水和火山活动之间存在相关性，这将对火山活动的预测有很大帮助。”

有争议的

这项出人意料的研究发表后，也有许多质疑的声音。在接受《科学》杂志采访时，几位相关研究人员也提出了质疑。

英国东安格利亚大学的火山学家詹尼·巴克利认为，降雨只能是火山爆发的促成因素，而不是主要的驱动因素。火山爆发非常复杂，“应该是一系列的巧合触发了这次爆发。”

美国地质调查局黄石火山观测站的火山学家迈克尔·波兰同意这一观点。自1983年以来，基拉韦厄火山一直持续喷发。然而，2017年11月之后，从该地区喷出的岩浆总量开始下降。波伦认为这可能就像水管被堵住了。岩浆不可能如此顺利地喷出，导致火山内部的岩浆房压力积聚。至于火山爆发前地面隆起仅几厘米的原因，波伦认为这与降水无关，并证明岩浆房中的压力在当时达到了顶峰。

加州大学伯克利分校的地球科学家迈克尔·曼加·曼加从另一个角度提出了质疑。他说，考虑到即使是融雪引起的应力变化也会引发小地震，这篇文章中的假设并非完全不合理。然而，对于如此大规模的火山爆发系列，降水带来的应力变化仍然太小，“它(降水带来的应力变化)甚至比月球的潮汐力还要小。”更让他担心的是，这个结论可能会给基拉韦厄火山附近的居民带来麻烦:“对于那些真正生活在火山附近的人来说，每当下大雨时，他们真的要担心吗？”我宁愿不要。"

对此，法科尔森表示，他不想引起过度恐慌:“我们并不是说夏威夷火山每次下雨都会爆发。”然而，他仍然建议对世界上活跃的火山地区的降水进行监测，毕竟它的成本很低。同时，他也希望获得更多的卫星数据来研究火山爆发和其他地区降水之间的关系。“如果我们能在未来的研究中拿出更多的证据来支持我们的结论，那么许多人可能会理解他们的观点。”

原始纸张:

极端降雨引发了2018年卡劳埃火山的裂谷喷发。自然580，491–495(2020)。https://doi.org/10.1038/s41586-020-2175

因为更多的降雨，美国最危险的火山爆发了3个月？