潮汐力預測致命火山噴發？
繪圖：Brett Ryder
月球的潮汐力掌控著海洋的潮漲潮落，與此同時，潮汐力會對陸地的地質活動產生影響、引發火山噴發或地震嗎？在很長一段時間內，科學家給出的答案都是否定的。但通過紐西蘭的一次火山噴發，科學家意識到，潮汐力與某些類型的火山可能存在著不可忽視的聯繫……
撰文 | John Pickrell
翻譯 | 王景鵬
審校 | 劉心宇 吳非
縱觀歷史，人們一直懷疑月球擾亂地球表面的正常生活。從讓人發瘋到影響植物生長，儘管這些聯繫大多沒有事實支持，卻仍然在人們腦海中頑固存在。但是在海岸上，月球的影響力不容爭辯。早在伊薩克·牛頓的引力理論提供物理解釋以前，潮汐與月相之間的聯繫就已經是顯而易見的。
既然月亮對液態的水有如此強烈的影響，難道不會對陸地有相同的影響嗎？早在公元1世紀，哲學家老普利尼就推測，月亮在天空中的運動可能會引起地震和火山噴發。在19世紀統計學家們就在爭論這種聯繫的顯著性，直到20世紀七八十年代地球物理學家仍然未放棄這種主張，直到由於缺乏證據最終被學界主流所拋棄。
Susan Hough在一月份發表的一篇引人注目的論文可以極好地概括這一領域的現狀。作為美國地質調查局的地震學家，她在著手回答一個古老的問題：大地震發生的時間是否與月球的相位恰好一致？答案可以概括為一個詞：沒有。
大多數專家認為，地震和火山噴發等自然災害應歸咎於別處。但即使潮汐引力不足以引起火山噴發，可這並不意味著它們的影響應該被忽略。事實上，新的研究表明，一些火山對月球引力的反應比我們此前認為的更加敏感。這些知識可以幫助我們預測這些火山會在什麼時候醞釀最具災難性的噴發，為我們提供至關重要的早期預警從而挽救生命。一些研究人員甚至希望，這些影響可以讓我們為更加不可預測的致命地震提供預警。
地球上大多數火山和地震活動發生在構造板塊的邊界，在邊界處，地球內部的高溫高壓在表面也得到體現。對於火山，底部滲出的岩漿可以作為早期的主要預警信號：大地形變增加，二氧化硫等氣體含量升高或者地表重力或溫度發生微小改變。
但不是所有的火山噴發有易觀測的岩漿池。當火山下面聚集過熱的高壓蒸汽和氣體時，會發生高度爆炸性的蒸汽噴發，幾乎沒有任何預警信號。康奈爾大學的Matthew Pritchard談到：「事實證明蒸汽噴發很難預測，並且可能是致命的。」例如，日本的御岳山 2014年爆發，造成63名徒步旅行者死亡，是日本境內1926年以來後果最嚴重的一次火山噴發。儘管蒸汽噴發在1900年以來記錄的18,000多次事件中只佔5％左右，但它們確實很可能是最致命的。
沒有人預見到2007年Ruapehu火山的噴發
圖片來源：GeoNet, 2007 (Global Volcanism Network Bulletin)
2007年9月25日，紐西蘭最大最活躍的火山Ruapehu就發生了一次這樣的噴發。儘管沒有造成死亡，但是噴出的大量岩石、蒸汽和其他氣體被帶到了數千米的高空。火山噴發還導致周圍的地面發生了長達7分鐘的里氏2.9級地震，兩條火山泥流（快速移動的火山岩流，攜帶著泥土和岩石）衝下了坡，造成了一名正在附近睡覺的22歲登山者受傷。NASA加州噴氣動力學實驗室（JPL）的地球物理學家Társilo Girona表示：「這次噴發是突然發生的，預先沒有任何地球物理方面的徵兆。理解這次噴發中發生了什麼十分重要。」
因此在2016年，當Girona和他的同事們從Ruapehu火山口附近的感測器獲得連續12年的地震數據時，他們立即開始著手研究。令他們吃驚的是：在2007年爆發前的三個月中，火山周圍記錄的地面震動似乎與月球周期的影響同步。換句話說，隨著潮汐引力的增加，地震活動也在增加。
月球的黑暗面
研究結果令人費解。潮汐引力引起了火山活動這種事情在太陽系其他地方也有發生——例如木星的衛星Io，除了木星本身之外，它還必須與三個大型相鄰衛星的引力平衡。但有充分的理由相信，這種力量不會在地球上引起同樣的火山活動。雖然太陽和月球的引力疊加足以移動我們星球表面的水，但這種引力太小了，不足以破壞固體岩石、引起火山噴發。Girona表示：「潮汐引力比觸發爆發所需的壓力要小三個數量級。」
儘管如此，結果依然很明顯。從統計學角度來看，偶然發現相同結果的概率是350萬分之一。在其他物理學領域，這種等級的證據足以支撐宣布發現新粒子。但是對於Ruapehu，又發生了什麼呢？
Girona很快解釋說，他的研究並不是為了揭開火山噴發與潮汐之間的聯繫。而在有數據記錄的大部分時間裡，他的團隊所研究的震動幾乎完全不受月球相位的影響。唯一的例外是2007年Ruapehu爆發前的關鍵數月。「這表明，當火山處於臨界狀態時，地震活動對潮汐力作出反應——原則上我們可以用它來探測火山何時處於臨界狀態。」他說。
在蒸汽噴發的醞釀過程中，數十萬噸的蒸汽被困在岩漿室內。就像你能在湖泊中看到潮汐作用而你的浴缸沒有反應一樣，巨量的氣體對月球的吸引特別敏感。
加州大學伯克利分校的Michael Manga對這個發現很好奇。他表示：「將火山地震對微小外力敏感程度的增強，用作探測火山是否將要噴發的方法是合理的。」
驗證理論
然而，對於Hough而言，Girona的說法是否成功的標準是他的理論能否在另一次噴發之前再次得到驗證。她表示：「針對Ruapehu的模型是否具有預測能力仍然有待觀察。」
然而，Girona的問題可能是找到足夠有連續地震監測數據的火山。自1500年以來，只有35%的火山發生過噴發，並且只有其中一小部分的數據可以和Ruapehu一樣免費在線獲得。
而且，Girona擔心，他的數據中清晰顯現的效果在其他地方可能不會如此顯著，因為紐西蘭有著已知最大的海洋潮汐之一。他說：「假如世界上某地的潮汐對火山有影響，我認為會是紐西蘭。」這就是為什麼研究人員正在日本和哥斯大黎加尋找合適的火山，這樣他們可以在世界上對潮汐不太敏感的地區重新驗證他們的發現。
羅馬大學的Gianluca Sottili也參與了該領域的研究，他的研究對象是義大利Stromboli島上的火山，該火山幾千年來幾乎一直處於持續噴髮狀態。他的工作表明，在2010到2011年間的17個月內，每小時的噴發次數每14天出現一次增長，與滿月和新月的潮汐最大值一致。類似地，附近西西里島上常年活躍的埃特納火山似乎在其側翼變形與月相之間表現出了某些聯繫。 Sottili說，當火山已經處於噴髮狀態時，它的活動很可能會被潮汐引力調節。
對於Sottili來說，Girona在Ruapehu的工作標誌著第一次將月球周期和火山噴發前的活動聯繫在一起。他表示：「他的研究讓我們對潮汐引力和陸地火山噴發之間關係的理解進了一步。」
如果他的團隊能夠在其他火山上復現結果，Girona希望開發一個實時監測工具，全世界的火山觀測站可以用它來識別噴發前的關鍵狀態。儘管不可能事先知道噴發的確切時刻，但他希望這樣的預警系統至少能拯救一些生命。Pritchard也表示：「尋找蒸汽噴發前的新徵兆是非常重要的工作。」
但Girona的夢想更宏大。對於他來說，更有價值的問題是：月球的引力是否對地殼運動也有微小但可測量的影響？以及是否可以利用這種影響來預測地震和火山噴發？
探究這一問題的方法是看潮汐引力作用是否會對高壓下的構造板塊的整體地震活動模式產生微小的影響。Girona表示他正與比利時根特大學的Corentin Caudron合作，他們正處在對相關數據進行初步研究。
然而，鑒於地震的預測要比火山活動難得多，要使同行信服，他們的結論必須天衣無縫。Hough表示：「如果時間證明我錯了，我會第一個喝彩。但我不認為這個時刻會很快到來。」
https://www.newscientist.com/article/mg23831760-200-moons-weird-pull-could-help-predict-deadly-volcanic-eruptions/
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