科学家对冰岛火山喷发的救生预测揭秘广达杂志

十一月10，2023， 克里斯汀·琼斯多蒂尔冰岛气象局火山研究部门负责人今天难得休息一天。 “那是我 50 岁生日，”她说。然后一切开始动摇。她会花一整天的时间盯着手机，观察冰岛雷克雅未克半岛地图上发生的地震。

半岛经历裂缝喷发，地面裂开，熔岩涌出。自十月下旬以来，人们的注意力一直集中在半岛的斯瓦岑吉地区——这里是受欢迎的蓝色泻湖温泉、地热发电厂和沿海小镇格林达维克的所在地。半岛最近的三次裂缝喷发使孤立的山谷被大火淹没。但现在，该镇正面临威胁。

10 月 3,600 日的地震漩涡表明，一条被埋藏的岩浆河蜿蜒流向格林达维克及其 XNUMX 名居民。更令人痛苦的是，一条堤坝——类似于液体火幕的垂直岩浆体——从地下河中喷涌而出，停在离地表不远的地方。

当局很快疏散了该镇。然后大家就等着了。

18 月 XNUMX 日，一条火山裂缝劈开了该镇东北部的地面，给寒冷的土壤涂上了熔岩。剧烈的喷发持续了几天，并一直停留在格林达维克郊外。

3月14日凌晨60点，少数回到家的居民被喇叭和短信叫醒，要求他们逃离。另一次火山喷发袭击了该镇。大约 XNUMX 小时后，大火结束时，已有几栋房屋被吞没，但无人死亡。

格林达维克居民的生命归功于积极主动的地方当局、应急管理人员和对地球内部的研究。科学家们一直在通过解码地震波和地壳的扭曲来追踪岩浆的运动。通过绘制半岛的火山管道图，他们正在更好地了解火山活动的总体运作方式，同时也致力于在未来提供更准确的当地预测。

工作正在进行中；这场火山危机还远未结束。一个800年没有喷发的半岛现在已经苏醒，地质证据表明喷发可能会持续数年、数十年甚至数百年。

“我们只看到一小部分熔岩出现，”乔斯多蒂尔说。 “大自然是残酷的。”

地球物理学的力量

裂缝喷发——冰岛其他地方以及夏威夷和（几千年前）爱达荷州、新墨西哥州和加利福尼亚州——很难预测。与以山地地貌为特征的经典火山喷发相比，很难准确预测裂缝将在哪里出现。

雷克雅未克半岛的裂隙火山活动尤其奇特。古老的熔岩流现在已经冻结在原地，这表明火山喷发曾多次困扰该地区多年，但在这些事件的两侧，火山活动已经有几个世纪没有发生了。最后一次喷发于 1240 年结束，那是 同类中的第三种 过去 4,000 年来，每个星团都相隔大约八个世纪。但为什么会存在这种大约 800 年的周期性呢？ “说实话，我们仍然不知道，”说 阿尔贝托·卡拉乔洛冰岛大学地质学家。

火山活动的存在并不令人震惊。半岛坐落在地幔柱顶部—— 热源 从地球的核心-地幔边界升起。它横跨大西洋中脊，这是欧亚板块和北美板块之间容易喷发的缝合处。雷克雅未克的地质构造动荡使该地区成为世界上最受关注的火山地区之一。

因此，在 2020 年，当数万次地震开始震动半岛、地面开始膨胀时，科学家们怀疑这场骚动可能是八个世纪以来火山爆发的前奏。他们只需要弄清楚在哪里。 

狩猎岩浆

当岩浆破裂地壳深处的岩石时，就会产生具有独特特征的地震。这些地震波及其特性为科学家提供了有关岩浆存在和迁移的最直接且最明确的线索。在火山危机期间，“如果你只能拥有一件事就好了。” 山姆·米切尔布里斯托大学的火山学家说，“就是这样。”

移动中的岩浆，如果足够浅，也会使地面明显变形。卫星使用雷达来识别数小时、数天或数周内海拔的变化。地面 GPS 站还提供有关海拔变化的高分辨率实时信息。

Jónsdóttir 怀疑 2020 年开始的地震噪音是由岩浆迁移和构造板块运动造成的。在冰岛，欧亚板块和北美板块并没有完全分离，而是在移动时相互摩擦。在喷发周期之间，会产生大量的构造应力。然后，当岩浆沿着这个边界蠕动进入地下裂缝时，它就会以强烈而频繁的地震的形式触发这种张力的释放。

然而，在 2021 年初，这台岩浆机器发生了转变。海拔变化和地震骚动都表明，岩浆正在 Fagradalsfjall 下方聚集，Fagradalsfjall 是一个无人居住山谷旁边的小火山丘。几个月来，半岛深层地壳内一直发生长周期地震。这些类型的地震“已经在地下看到了” 其他火山 世界各地都有，但仍未被完全理解。” 汤姆·温德冰岛大学火山地震学家。虽然很神秘，但他们认为一些缓慢的事情正在发生——也许是热岩石逐渐破碎，或者是岩浆团挤过收缩处。

然后，19 年 2021 月 2022 日，半岛八个世纪以来首次喷发。在六个月的时间里，熔融物质从法格拉达尔山旁边的裂缝中涌出。随后在 2023 年和 XNUMX 年夏季发生了两次较短的喷发。

除了那些低音般的长周期颤动之外，法格拉达尔山三次爆发之前的整体地震交响乐表明，岩浆正在采取一条不寻常的路线到达地表。熔融岩石并没有聚集在浅层地壳中，而是从很深的地方——地壳和下面的油灰状地幔之间的边界——直接冲到地表。 “这是闻所未闻的，”温德说。

与许多冰岛火山系统相比，Fagradalsfjall 的表现很奇怪，但至少它发生在远离任何人或任何事物的地方。

直到 2023 年 XNUMX 月，当活动转移到南部基础设施齐全的 Svartsengi 地区时，科学家们的好奇心变成了焦虑。

格林达维克战役

自 2020 年以来，Svartsengi 地区的地面曾多次上升，然后停止上升，这意味着岩浆以不规则的间隔到达，但没有喷发。但到 2023 年底，运动步伐加快。岩浆进入该地区的速度比以往任何时候都快。到 XNUMX 月中旬，在斯瓦岑吉下方几公里处出现了一个巨大的岩台（水平岩浆体）。 “每个人都保持警惕，我们真的不知道接下来会发生什么，”乔斯多蒂尔说。目前尚不清楚何时何地可能发生火山喷发。

11 月份震撼该地区的地震为我们指明了方向。最初，它们的数量超出了冰岛气象局的地震监测能力，但工作人员很快就在混乱中找到了副歌部分并破译了歌词：岩石破碎的地震意味着一些岩浆离开了窗台并向侧面移动。地面监测卫星证实了地震活动所暗示的情况：随着岩浆排出，斯瓦森吉岩台上方的地面已经塌陷。

很容易看出岩浆去了哪里。格林达维克周围的地面正在下沉。对于解读这片土地的火山学家来说，这种模式揭示的不是岩浆的缺失，而是岩浆的入侵。离开岩台的岩浆先向侧面移动，然后在格林达维克正下方向上晃动。当它升起时，这种垂直的岩浆卷须将岩壁推向两侧。这反过来又导致卷须上方的土地陷入新形成的虚空之中。后来，科学家们 会报告 在 10 月 7,400 日的地震风暴中，每秒约有 XNUMX 立方米的岩浆从岩床涌入卷须。

在地热发电厂的钻孔内也发现了这种地下移动的迹象。火山气体，如二氧化硫， 逃离岩浆 在较浅的深度，可能预示着即将爆发。科学家们在钻孔内看到了气体和压力的变化——这是岩浆正在向城镇移动的另一个迹象。

一条巨大的岩浆卷须（称为堤坝）在格林达维克地下萌芽，其顶部距离街道仅 800 米。

10 月 10 日地震风暴发生后的几个小时内，科学家们就发现了一段 XNUMX 英里长的土地很可能会发生火山喷发。它从城镇东北部的一连串古老的火山口一直切向西南方向，穿过格林达维克。到了午夜，冰岛民防部门已经疏散了小镇，建筑工人在最有可能被熔岩淹没的地区匆忙修建防护墙。

在接下来的几周里，地球物理观测显示岩浆仍在流入该地区。截至18月11日，根据不断膨胀的地面，科学家计算出，岩台内已积聚了约90万立方米的新鲜岩浆。这似乎已经是它所能容纳的一切了。那天，又一股喧闹的岩浆流离开了岩坎，淹没了堤坝。岩石破碎的地震警告科学家，岩浆终于突破地表，地震开始 XNUMX 分钟后，“我们爆发了，”乔斯多蒂尔说。 “那是一个非常快的事件。”在接下来的几天里，火山爆发耗尽了堤坝的水，使其稳定下来。

这种模式在 14 月 12 日喷发之前就重复了：3,000 万立方米的岩浆填满了岩床，四小时后引发了喷发。这一次，地狱物质从城镇北部一堵防护墙附近出现的 XNUMX 英尺长的裂缝中渗出，成功地使熔岩偏转。但第二条较小的裂缝出现在城镇边缘的墙后面，摧毁了三栋房屋。

随后，窗台又开始膨胀。此时，科学家们已经计算出，当岩台充满至少 9 万立方米的熔融物质时，爆发的可能性就很大。到 8 月初，火山口已经超过了这个阈值，3 月 XNUMX 日，另一次喷发开始。 XNUMX 月火山喷发地点附近出现了一条 XNUMX 公里长的裂缝，熔岩从格林达维克流入，流向向半岛大部分地区供应热水的管道。

如此循环继续。

地球化学启示

科学家们用来测量斯瓦岑吉岩浆中心脉搏的地球物理技术不仅仅是实时跟踪危险。他们还帮助绘制了将所有岩浆输送到地表的动脉图，这对于了解整个半岛及其在较长时间内的表现至关重要。

Fagradalsfjall 和 Svartsengi——目前两个活跃的火山系统——相距仅几英里。尽管它们很接近，但地质证据强烈表明它们是不同的系统。他们的地下建筑明显不同。在 Fagradalsfjall，岩浆从地幔直接涌到地表，而在 Svartsengi，岩浆暂时储存在浅层地壳中。

然而，令人费解的是，这两个系统似乎从地幔中的同一来源获取物质，这表明它们之间存在着深刻的联系。

埃德·马歇尔冰岛大学的地球化学家研究了两个地点喷发时新鲜挖出的熔岩，试图确定这两个火山系统如何联系以及它们轮流喷发的原因。 “你想把车停在一个气体和熔岩不会把你带出去的地方，”他说。然后“你走进去，舀起样品，然后就出去了。”

一般来说，冰岛熔岩显示出相似的化学模式。但“法格拉达尔山拥有世界上最奇怪的熔体化学成分，”马歇尔说，指的是构成其岩浆汤的元素和化合物的特定混合物。 “这实际上不仅仅是奇怪。它是独一无二的。”独一无二，也就是说，除了 Svartsengi 熔岩具有 几乎完全相同的化学指纹，尽管 Fagradalsfjall 和 Svartsengi 看似独立的火山系统。 “这绝对没有意义，”马歇尔说。 “此时此刻，大自然正在捉弄我们。”

但“如果事物在物理上深度相连，”他说，“这就是解决整个问题的一个非常优雅的解决方案。”

对半岛火山活动的地震分析正在进行中。科学家们希望能够预测未来几个月和几年内它接下来会在哪里出现，就像他们对最近的火山喷发所做的那样。作为一个开始， 哈尔多尔·盖尔森冰岛大学的地球物理学家和他的同事正在使用卫星雷达来绘制这段动荡时期半岛上的断层和裂缝地图，他们建议这样做 可以揭示隐藏的错误，包括那些可能是未来裂缝喷发的地点。

无法保证后续的喷发会遵循与斯瓦岑吉最近的喷发相同的模式——该系统的岩堤中心不一定是固定的特征。 “每次火山喷发，都要更换管道系统。它不会重置为零，”米切尔说。

格林达维克未来的宜居性是一个悬而未决的问题，半岛上的其他城镇是否会面临熔岩洪流还有待观察。雷克雅未克半岛的新超级火山时代才刚刚开始，它可能会持续数年、数十年，甚至数百年。

“不幸的是，未来没有好消息，”乔斯多蒂尔说。