地震觸發火山

原標題：一場地震點燃遠方火山

1991 年菲律賓皮納圖博火山噴發。圖片來源：Alberto Garcia/Corbis

近日，一場6.2級地震襲擊日本九州島。兩天後，日本政府宣布阿蘇山出現羽狀煙霧。阿蘇山是距離此次地震震中42公里的一座火山。在那裡，一場小規模火山噴發正在發生。是這場距離頗遠的地震觸發了它嗎？在過去數年間，地震發生前，阿蘇山曾發生過規模更大的噴發，因此，這只是個意外嗎？

但一項新研究顯示，這種所謂的遠源觸發理念並非牽強附會。研究人員發現，大規模地震能晃動數百公里外的火山岩漿，釋放出的氣體能增加岩漿壓力，甚至導致火山爆發。

一般而言，地震和火山噴發在時間和空間上呈集群特徵，因為兩者通常都沿地質構造板塊的邊緣分布。大多數火山噴發前都會出現輕微震動，這與地下岩漿運動有關，而這也是能使地質學家有效監測火山活動的早期預警信號之一。

但科學家一直想知道為何大規模地震有時會伴隨著遠處小火山的噴發。早在1835年，查爾斯·達爾文就曾考慮過這兩者的聯繫：智利康塞普西翁地震是否導致了一個月之後的奧索爾諾火山噴發。

另外，也有人認為，1991年菲律賓皮納圖博火山噴發與前一年100公里外發生的7.7級地震有關。2009年，英國牛津大學火山學家David Pyle及同事的一項研究顯示，在8級或以上地震後12個月內，智利火山爆發率明顯增加。

科學家相繼提出有關地震和火山之間關聯的大量解釋。其中包括，地震衝擊波導致半固體岩漿液化，從而更易發生地震；或者地震加速岩漿氣泡生長，增加岩漿壓力。但沒有人真正解釋清楚為何只有部分火山似乎易受地震影響、響應時間從幾天到幾個月不等、爆發等級從微小氣體到大規模爆發。

「之前的模型能夠解釋一些要素，但並非全部。」Pyle說。他表示，隨著時間的推移，火山學家已經對地震和火山噴發間的潛在聯繫是由火山在地震前的情況和岩漿氣泡的存在所決定的達成一致。

現在，火山學家提出一個新的觸發機制：充滿氣泡的岩漿的晃動。晃動已經在工程學角度被充分研究。運輸液體（尤其是石油）的卡車必須經過特殊設計以抵禦液體內部的晃動。受到這些觀察的啟發，廣島大學火山學家Atsuko Namiki及同事希望弄清地震的哪些影響會對火山岩漿產生不同作用。

為了找出答案，研究人員在實驗室里模擬了地震波對岩漿房的影響。他們用濃稠的葡萄糖漿加入不規則塑料模擬岩漿。但液體中不能有太多晶體。就像岩漿在一個開放的火山腔中那樣，模擬岩漿必須有活動的空間。但當岩漿房被充滿後，不同密度的液體間也會發生晃動，更輕的液體有其他空間運動。此類液體層被認為在岩漿房中十分普遍，泡沫狀的多泡岩漿位於濃稠岩漿上。

該研究小組發現，晃動出現三種不同「岩漿」結構：開放的單一液體層；開放的單一泡沫層和閉合的雙層系統（泡沫位於液體上）。針對每個結構，研究人員還進行了各種實驗。他們記錄了在不同晃動頻率和振幅下，10秒鐘後，不同黏度、體積、懸浮物和氣泡數的「岩漿」情況。

雖然岩漿庫中的液體晃動沒有強大到足以衝破周圍岩石的束縛，但該團隊發現了其所產生的不同影響。當槽的震動與液體的共振頻率接近，晃動會明顯增大。在泡沫層，這會使氣泡變形，並將氣泡拖拽到一起直到它們相互連通。在真正的火山中，岩漿泡沫破碎散發出的熱氣將增加傳遞到周圍岩石中的熱量，增加岩漿的壓力，甚至導致火山噴發。

此外，在雙層實驗設備中，不僅泡沫層崩潰，泡沫液體混合層也被破壞。在真實的火山中，此類混合能為更低岩漿層提供更多的晶體和小氣泡。隨著時間推移，這將緩慢增加岩漿壓力，從而導致火山活動加強。甚至出現延遲噴發。這或許能解釋為何發生在數月前的地震能觸發火山噴發。相關研究成果發表於《火山和地熱學研究期刊》上。

美國地質調查局地質物理學家David Hill表示，該研究十分有趣，它引入了工程學概念，幫助解釋地震如何發揮作用。雖然未參與該研究，但Hill的研究也涉及地震對遠方火山的觸發機制。

未參與該研究的Pyle也認為，這項實驗引人注目。「這是一個令人興奮的假設，將可能被驗證。」他說，「這為解決一個複雜問題提供了靈活方案。」（張章）

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