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第20章 回天之力:装在地狱里的警报器 (2)

但是当他们对两组读数作更仔细的比较时发现,次声信号比地震信号更优越。地震信号从一地到另一地有很大的变化,而次声信号则相当稳定。并且在爆发前的片刻,次声信号与地震信号相比,其性质的改变更为明显:次声信号从短暂、单一的事件变换为大气的持久振动。这种瞬时的转变在地震信号中是难以区分的,因为单一地震事件在透过地面发生共振时,通常会相互融合。

单单看次声图样还不能保证可以预报火山喷发。地震学家研制了与之相匹配的计算机模型,通过它们模拟火山内部实际发生的活动以便确认那些过程是否产生了所观测到的次声波类型。然后,它们希望能将所作的测量与一些有用的信息,例如火山将喷出何种东西,有多少,以及这种喷发将有多大威力等联系起来。

科学家手中的“水晶球”

尽管科学家在预测火山喷发的道路上日行千里,但是,面对大自然的无穷力量与神秘代码多少还是有些苍白无力,科学家仍无法预知下次喷发会在何时出现。

1976年,在加勒比海的瓜达鲁普岛上,火山学家发出了骇人听闻的警示:这座岛上巨大的苏弗里耶尔火山可能很快就要喷发。他们报告说,火山气的气压正在上升。当局接受了科学家的警告,当即安排全线撤离,之后四月,城里空无一人。但是,这次的预报却扑了空,火山安然无恙,但因此误报,经济损失却达几百万美元。

但是,10年后,位于哥伦比亚境内的鲁伊斯火山喷发却酿成了悲剧。科学家又一次给出了喷发预测,他们认为,喷发会导致冰雪融化,从而形成泥石流,会冲毁附近的村镇。这次,科学家预测准了,但是当地政府却忽视了,并没有下令撤离。终于在1985年11月,火山喷发,泥石流席卷了村庄,把整个阿罗罗镇埋在了灰色的火山灰和泥浆之中。2.3万人因此丧命,4500人受伤,8000人无家可归。

同样是预测,却带来两种截然相反的结局,这就诠释了火山预测时的不确定性。那么,科学家究竟如何才能更好地预测火山喷发呢?

目前来说,冰岛这一国家的火山预测在世界上是名列前茅的。为了提高火山预测水平,科学家就将这片火山之都作为它们的试验场。

冰岛的地理位置十分特殊,众所周知,它毗邻北极圈,冰川面积占8000平方千米,整个海岸线长约4970千米,全境3/4是海拔400—800米的高原。其中1/8国土被冰川覆盖,冰川之下有100多座火山,活火山达20多座。

除了保护好冰岛国民,这里的火山专家还担负着保护过境航空旅客的重要任务。在连接美国和欧洲的主要航线上,每天都有络绎不绝的飞机穿越冰岛上空,从大规模火山喷发区域的附近飞过,飞机引擎里可能会吸入大量的火山灰。因无法穿越火山灰坠毁的航空事故不胜枚举。事实上,2010年的这次冰岛火山喷发,欧洲的航空业也因为火山灰受到重创,好在,事先的预警准确及时,避免了不必要的人员伤亡。

为了对火山喷发给出比较准确的预测,许多科学家都在用计算机模型分析源自不同预测技术的数据,以形成一个综合的预测。

在外界看来,这些科学家就好似握住了一个巨大的“水晶球”,能看到未来的火山世界。对此,科学家们的解释是——“我们只是试图把零碎的数据拼凑成一个完整故事”。

冰岛的科学家采用地震记录仪网络组成了一套自动预警系统,这些设备世界领先,只要地面有轻微的震动,都能被监测出来,加上科学家的丰富经验,为冰岛火山把脉不算太难。

冰岛还推广了一套水传感网络,安放在岛屿四周的河流中。水温、水深以及水中熔接的火山气的类型一旦发生变化,都会给出警示信号。这个技术叫做——INSAR,即“干涉合成孔径雷达”。这个测量技术于20世纪60年代末开始发展。其基本原理就是利用具有一定视角差的两部天线(或一部天线两次经过)来获取统一地面区域的两幅具有相干性的SAR?髴单视复图像,并根据其干涉相位数据来提取地表的DEM?髴信息。其数据可生成经过修正的合成孔径雷达图像,修正图像的绝对地理精度为3米或小于3米。这种雷达能够在广阔的地域迅速收集数据,通过利用获得的地形仰角数据修正超频谱图像,可以生成地形信息数据库。

INSAR卫星系统特别像警察用来开超速罚单的雷达枪。卫星向地面发射出一束雷达波,记录火山的精确位置。绕地球一周后,卫星会再次发射雷达波。然后,比较两个图像的异同,就能看出火山周围地面的细微变化。

冰岛的火山专家并不依赖于任何一套火山预测系统,而是不断地改进计算机模型,搜集并分析利用各种预测方法获得的信息。现在,冰岛的火山学家们甚至会知道火山在喷发前会给出什么样的信号,他们相信,很快就能提供更及时有效的预测。

在希腊Nisyros岛上,瑞士苏黎世联邦理工学院的沃克尔·迪特里希也在研究如何把“一大堆的信息”整合起来。欧盟曾出资运作的一项计划,试图创造一个电脑程序,它将综合12种不同的火山观测数据——包括海洋勘测图像、卫星图像、二氧化碳排放等等——形成一个直观的火山活动立体图。迪特里希是这个为期三年的计划的主要参与者,该计划在2003年被终止。他又提议建立一种更先进的电脑程序,它能在预警感应器检测到火山活动迹象时启动一系列监控器。但是这个提议没有得到响应。

虽然,夏威夷、意大利、日本等地也有各种各样的火山检测系统,但迪特里希解释说,“仍然没有一种综合性的分析系统。”

因此,目前的方法常常还是这样:听取一屋子专家的不同意见,分析他们采集的不同数据,试图在所有的杂音中找到一个和谐音调,然后再向政府报告。

钻进火山口的人

火山研究同样是个危险的活。为了获悉更准确的情报,还有不少研究者定期到火山口内采集熔岩等样本,用化学嗅探器监控从地底泄漏的气体。

他们借助金属制梯子下行或者通过保险绳将自己吊入火山口内的平台,这些平台往往距离火山口五六百米。在这些火山口内的地面上,到处都是裂缝,透过这些裂缝经常喷发出炽热的有毒蒸汽,要在这样的地面上行走,要时刻保持清醒状态。脚下的土地随时都有可能坍塌,将人抛入万丈深渊。

科学家冒这么大危险,想得到什么呢?勇闯火山口,科学家最重要的还是从距火山口近千米深的熔岩湖中采集一些新鲜的火山熔岩样本,这些熔岩样本经过分析,就会让他们了解到在1000℃以上的熔融状态中,物质的真实特性是怎样的。“如果熔岩是‘新鲜的’,换句话说未曾被‘高温回炉’,那就意味着火山正在又一次制造新的熔岩。一旦确信这座活火山有新的岩浆涌出,我们就有理由相信它正在酝酿新的喷发!”法国火山学家雅克·杜雷斯这样说,他曾多次钻入全世界最危险的16座火山之一的尼拉贡戈火山口下考察。

走近火山并不一定要钻入火山口内,科学家也会到现场采集火山灰,敲开刚刚形成的岩石,进行研究。以火山灰为例,这尘埃的化学构成能透露出下一波岩浆的浓度。火山灰中硅土成分越多,说明岩浆越粘稠——喷发也更剧烈。如果火山灰中镁含量较多,则暗示岩浆流动性更大。

为了破解火山密码,人类已经走得很远了,但是,这条路还是很长,尤其是面对超级火山的预测上。不管花多少时间监测火山,总还是会有一些情况是我们无法预测的。

在现代科技还未能做到百分百准确预测火山运动,且对于超级火山我们也知之甚少的时候,科学家却透露出一个让人更加担心的信息:工业革命以来所造成的全球升温有可能促使火山频发。

2.引爆火山的新发动机:全球变暖

虽然地狱自身的燃烧人类无法控制,然而我们却有可能减少自己的助燃或者说助纣为虐,因为已经有科学研究显示,全球变暖是引爆火山的发动机之一。约束人类,重塑文明建设方向,遏制暖化,这也许是人类当下突然面临火山密集攻击时,唯一看得到的回天之术了。

火山的盖子被它打开了

冰岛大学火山地质专家弗瑞斯坦·西格蒙德森试图通过2010年单一的冰岛火山喷发事件去寻找背后更深层次的原因。他认为:全球变暖导致的冰雪融化将影响到地下岩浆的活动,冰岛在未来10年内会有更大、更频繁的火山喷发发生。

英国利兹大学的地质学家卡罗丽娜·帕里与西格蒙德森曾在2008年的一期地球物理学研究快报(Geophysical Research Letters)上发表过一篇文章,对全球变暖与冰岛火山活动之间的联系专门进行过阐述。这篇研究报告指出位于冰岛的瓦特纳冰川自1890年起已有10%的冰雪融化,陆地平均一年上升了2.5厘米,造成了地质位移。他们认为在冰帽的强大压力下,即使温度很高,岩石也不可能成为液体熔岩。帕里说:“一旦压力解除,随着冰层的融化,岩石也会熔化。”报告还估算出几个世纪以来冰雪融化导致瓦特纳冰川有体量较大的熔岩形成。

2010年5月来自美国迈阿密大学罗森斯蒂尔海洋和大气科学学院所公布的一项最新研究成果显示,全球变暖确实在加速融化格陵兰岛冰盖,从而导致格陵兰岛陆地部分海拔高度上升。

研究人员将特制的全球卫星定位系统(GPS)安放在格陵兰岛海岸,以观察冰盖大小变化与海平面升降之间的关联。

研究人员通过分析自1995年至今所收集的数据后发现。过去,尽管格陵兰岛冰盖会随着季节变化时大时小,但总体会达到一种平衡。然而,近年来,随着全球变暖加剧,格陵兰岛冰盖融化后难以复原,而冰盖加速融化导致格陵兰岛陆地部分受到的压力下降,陆地海拔高度逐渐上升。越是在温暖的海岸,这种现象越明显。

由此,研究人员指出,格陵兰岛某些海岸区域的陆地上升速度已经达到每年2.5厘米左右,这个结论与帕里他们研究所得基本吻合。研究者按照目前的发展势头估算出冰岛陆地在2025年的上升速度有可能达到每年5厘米,这项研究成果刊登在了2010年5月18日出版的英国《自然·地球科学》杂志网络版上。

作为“冰火之国”,冰岛对于冰川融化十分敏感。事实上,不仅仅是冰岛,气候暖化可能影响全球火山。就像英国的一组科学家在收集大量数据后分析所得:大气中二氧化碳的增加使全球变暖,所带来的问题不仅仅是海平面的上升,还会“打开火山的盖子”。

到这里,大家可能会很疑惑,全球变暖是属于气候范畴,为什么会对火山喷发这样的地下活动有影响呢?

简单来说,是因为地球的重力均衡被打破。专业的解释正如研究人员所说“一方面气候变化会导致冰层融化,冰层压力减小,同时大量融水将影响地理构造,这些都会改变火山内部压力平衡并加剧火山活动;另一方面火山爆发又会喷出大量火山灰,改变大气成分,反过来加剧气候变化。”

再进一步解释就是“冰层融化后,重新液化的水会引发海平面上升,增加海底所承受的重量,而这也可能对地层深处的板块造成影响。”火山专家帕特里克·吴说。

同样的道理也表现在“全球变暖与地震增多”之上。认为火山喷发与全球变暖相关的专家指出,全球变暖的确能够影响包括地震在内的地质灾难,因为它能移动地球表面的大量物质。融化的冰川和上升的海平面改变了大规模水体的分布,这种改变将通过地面释放压力。压力的变化使地裂和地震变得更有可能。德国的研究显示,地壳有时非常脆弱,一场滂沱大雨就可以引起地球表面压力的变化,从而导致地震发生。

专家指出:“这是个新兴的科研领域,可能会带来很有意思的研究成果。原来,专家普遍认为气候变化和此类事件之间不存在任何联系。现在的观点是气候变化可能会引起更多的地质运动。长远来看,如果气候的确出现了巨大变化,应该可以看到变化带来的影响。”

地壳其实很脆弱

2009年,英国伦敦大学举行了一个有关火山研究的国际研讨会,部分与会研究人员指出,火山顶部的冰层融化可能导致更多火山爆发,历史上早有先例,那是发生在地球最后一次冰河时期——末次冰期。

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