除了熔岩和火山灰：斯坦福的地質學家解釋了什麼使火山變得危險
最近的火山噴發提醒人們，熔岩、火山灰和火山大小並不能完全解釋火山是如何變得致命的。地質學家蓋爾·馬胡德和唐納德·洛伊描述了火山災害背後的一些科學和奧秘。
熔岩噴泉，有毒氣體的飄動，蒸發海水的酸性羽狀物質和灰燼：這些只是最近幾周火山帶來的一些危險，瓜地馬拉的富戈火山和夏威夷的基拉韋厄火山各自產生了幾十年來最強大的噴發。
由於6月3日的火山爆發，福戈周圍地區已有數十人死亡，數千人被疏散。就像基拉韋厄，2018年5月初，在一次噴發中開始了一段暴力事件。近35年在這場最新的爆炸之前，福戈幾乎沒有休息過。經常噴出熔岩和灰燼一年中幾次，一天就能爆發很多次。
但這一次，富戈火山爆發卻有所不同。在一種混亂的岩石，氣體和灰燼的混合物中，損害迅速而有力地發生，這種混合物被稱為火山碎屑流-造成破壞的場景，與基拉韋厄出現的漸變熔岩的圖像幾乎沒有什麼相似之處。這一對比提醒人們，火山變得危險的方式可能和它們賴以生存的地方和社區一樣多種多樣。
斯坦福大學地質學家蓋爾·馬胡德和唐·洛伊，地球、能源和環境科學學院都是近距離研究火山的。他們討論了關於火山災害的科學家們仍然存在的令人驚訝的謎團，研究人員在火山灰沉降後可以從富戈火山和其他火山以及火山威脅背後的一些科學中學到什麼和如何學習。
與基拉韋厄相比，是什麼不同的因素導致了富戈如此猛烈的爆發？
唐·洛：我們剛剛在瓜地馬拉看到了這個埋在熱灰里的小鎮。美洲的火山噴發往往會產生大量的火山灰、灰塵、瓦礫和角質塊體，而火山通常有高而陡峭的錐狀體。濃密的灰燼和瓦礫從像貨運列車一樣的山坡上隆隆而下，隨著它們的移動而增強動力。暴雨和風暴可以在這些陡峭的斜坡上調動鬆散的瓦礫，並造成冰冷的泥石流。夏威夷火山傾向於爆發不那麼猛烈的河流和熔岩噴泉。
蓋爾·馬胡德：中美洲的所有火山和北美的喀斯特山脈都與夏威夷不同，因為它們與俯衝帶有關，在那裡，一個板塊擠壓在另一個板塊之下。它們的爆炸性要大得多，部分原因是它們爆發的岩漿中溶解的水更多-是夏威夷火山的10倍。
把岩漿想像成一瓶香檳。當你打開頂部時，你會降低壓力和CO。2在香檳中溶解的氣體會形成氣泡併流出。
水，CO2，硫氣體、氟和氯在地球深處高壓儲存時溶解在岩漿中。但是，如果岩漿迅速上升，這些揮發性元素就會從泡沫中釋放出來，這些泡沫的生長速度之快會導致泡沫壁的破裂。就像岩漿泡沫碎成碎片，就像在散開。
夏威夷的岩漿中，水的重量可能只佔一半。如果像我們在中美洲看到的那樣，岩漿中有4%或6%的水，那麼爆發的可能性就更大了
俯衝帶中的火山也有更粘稠、更粘稠的岩漿，隨著氣泡的增長，這些岩漿提供了更多的阻力。因此，泡沫內部的壓力可能會更大。因此，更多的氣泡會因為更多的水而破裂，當氣泡最終破裂時，它們會用更大的力量來破碎。
瓜地馬拉富戈火山爆發後火山碎屑流是如何形成的？
馬胡德：這些可以直接從爆發中形成，也可以是由熔岩形成的，熔岩會出來冷卻一點，然後卡住，填滿通風口。然後可能發生了地震，或者新的岩漿把它從下面推了出來，而堵塞通風口的熔岩則以一串熱塊的形式冒出來。它們繼續泡騰併產生灰燼。福戈周圍的人大多被火山碎屑流殺死。
你已經研究過火山如何觸發危險的熔岩和火山灰流，以及由顆粒和水組成的濃稠粘稠的混合物，也就是所謂的碎片流。你能描述一個例子來說明這種流是如何開始的嗎？一旦它開始的話，你能做些什麼來減少傷害呢？
1985年，哥倫比亞內瓦多·德爾·魯伊斯火山噴發後的泥石流在一個名為阿梅羅(Armero)的小鎮上造成大約20，000人死亡，該鎮下坡60公里(37英里)。這些流動起源於熱的火山灰，像從富戈出來的東西，落在山頂周圍的冰川上。一小口火山灰只融化了冰川的一小部分，並將大量的水從峽谷中瀉下。
我們通過查看該鎮附近路塹上的舊存款，了解到這是過去的一個常見過程。所有的元素都應該讓規劃師認識到這不是一個好地方。更好的地質研究表明，這個地區過去曾遭受過許多類似的災難。事實上，在火山爆發前幾個月繪製的危險地圖顯示，Armero將在火山引發的任何泥流(一種泥石流)的路徑上。但這些地圖並沒有被廣泛分發。
我們仍然不完全理解泥石流是如何工作的，或者其中的一些是如何在非常低的山坡上行駛到如此遠的地方的。一種很有前途的理論是，水會被吸入主流，就像在輪胎上的水平面。另一個理論集中在粒子如何在流動中相互作用。它們只是被動地在液體中運動嗎？也許泥石流中的粒子就像氣球中的氣體分子一樣-它們相互碰撞，施加壓力，幫助保持懸浮狀態。
這些細節對於了解泥石流能走多遠、可以攜帶多少東西、它們形成的速度都很重要-所有這些都與你是否在火山周圍建造城鎮有關，決定它們需要多遠，以及評估已經存在的定居點和村莊的危險。
瓜地馬拉的災難官員說，6月3日的火山噴發影響了100多萬人。這與歷史上一些最大的噴發相比如何？
馬胡德：這不是任何想像中的大爆發。瓜地馬拉和許多其他地方-例如印度尼西亞和菲律賓-的一個大問題是這類火山及其周圍的人口眾多。中等規模的噴發會殺死很多人。
富戈火山是一座非常活躍的火山。據推測，這一次發生的情況是，它比典型的火山爆發得要多一些，所以這些火山碎屑流正沿著火山的更遠的方向前進。他們沒有沿著尖尖的圓錐形火山的側翼往下走，而是逐漸消失，而是向側翼延伸，並向村莊蔓延開來。
是否有可能預測某一次噴發是否以及何時會產生這種危險？
馬胡德：我們經常可以預測會有一次噴發。更難預測的是火山噴發的確切性質和爆發時間
為了繪製火山災害圖，火山學家進入野外，繪製了火山噴發的足跡：從高空落下的火山灰，火山碎屑和碎片流的沉積物，以及熔岩。火山灰可以覆蓋數萬平方英里，但是當它們降落的時候，粒子是冷的，所以它們只有在火山的出口附近才是災難性的，在那裡它們的厚度可能會使屋頂坍塌。
回到實驗室，我們用碳或氬定年來了解每一種類型的噴發在過去有多頻繁。我們也越來越多地分析火山爆發前岩漿中生長的晶體。它們作為溫度、壓力和氣體含量的微小記錄器，可以幫助我們重建岩漿的上升和儲存條件。
最重要的是，如果這些分析能夠與地震活動或火山周圍變形的地球物理研究相結合。富戈是很難觀察的，因為它是茂密的森林，一旦你到達山頂，它被雲層覆蓋。地球物理學家已經非常擅長於預測夏威夷的基拉韋厄火山和華盛頓的聖海倫斯山的噴發，因為他們觀察了太多的火山爆發。我們非常清楚岩漿正在穿過基拉韋厄地殼的跡象：山頂塌陷，地震以特定的方式發生變化。唯一不確定的是，像基拉韋厄火山這樣的持續噴發何時才能停止。
有沒有辦法適應火山爆發的威脅？
洛伊：我們已經解決了一些地區，沒有太多的自然災害和危險。然而，一旦災難發生，我們需要努力限制該地區和面臨類似風險的地區的未來增長。在我們的有生之年，我們可能看不到真正災難性的爆發。但在我們的子孫的有生之年，不可避免地會有一場大爆發，摧毀主要的人口中心。我們需要認識到，今後的展望是多麼重要，而不僅僅是明天。
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