火山重塑夏威夷 熔岩爆发有多恐怖
发布时间:2018-10-09
出品:科普中国
制作:地质时代
监制:中国科学院计算机网络信息中心

  位于夏威夷的基拉韦厄火山,自今年5月3日起喷发,已于8月底逐渐减弱。喷发期间,当地部分旅游公司不顾官方警告,仍组织游客乘船前往熔岩入海口观看“熔岩雾霭”,甚至突破安全警戒线近距离观看。据报道,一艘观光船7月16日早间搭载游客观看火山熔岩流入大海的景象时,飞溅的熔岩击中观光船,击穿船顶并造成至少23人受伤,其中一人腿部骨折。

  火山喷发为什么会造成极大破坏?

  即便具有较强的规律性,火山爆发在历史上也仍然给人类造成了巨大的损失。如大家熟知的庞贝古城就是在公元79年8月24日维苏威火山爆发时,被火山灰一夜之间完全覆盖的。

  实际上,发育火山的地区就像为了弥补这些灾害对人类造成的损害一般,在工农业上都有着巨大的优势。火山灰不仅可以给土壤提供丰富的养料,还是重要的非金属原材料,早在罗马时期人类就已经将其开发出类似水泥的用途;火山或者火成岩发育的地区大都是重要的多金属矿床成矿远景区——虽然火成岩的成矿模式有着极大的波动性,但对于人类发展至关重要的铜、铅、锡在火山发育地区产出的概率大大提高。

坐落在火成岩上方的马纳罗拉(意大利)

(图片来源:赵反 拍摄)

  这些有利的城市兴建条件,造就了许多依(火)山而建的古代城市。然而火山一旦强烈爆发,就会对这些城市造成毁灭性的打击,并给人类造成极为深刻的记忆。如在火山发育地区的灭世或地狱的描写,都会涉及到从天而降的大火、翻滚的火海、遮天蔽日的浓烟从坑中冒出,以及江河中水味变苦等火山爆发时的景象和异常(如圣经中的启示录)。

想象画,但丁在《神曲》中描绘的熔岩地狱场景

(来源:Visualhunt.com)

  火山喷发的威力,大到突破你的想象边际

  历史上人类所能够亲眼见证的火山爆发,不过是火山能量的九牛一毛而已。火山爆发的威力——以改造地形的能力为例,堪称自然灾害之首。比如藏身太平洋深处的大塔穆火山,其实际面积长约450千米,宽约650千米,主峰高度超过4000米,面积超过了韩国的行政面积,也是目前人类所知最大的火山。

大塔穆火山(红色圈定范围为大致轮廓)同周边国家面积的比较

  我们通常用喷发物总质量与喷发柱高度作为衡量标准,将火山喷发分为8个等级——即火山爆发指数(Volcanic Explosivity Index,简称VEI)。当VEI达到8就称为超级火山,其释放的能量相当于9.8级地震,喷发物体积超过100立方千米,喷发柱高度超过25公里(远超一般飞机的升限)。如63万年前喷发的黄石火山,目前尚在活跃之中,一旦爆发将产生全球性的灾难。那时,整个地球将进入一个短暂的冰河时期,物种和数量都会急速下降,人类也会因此损失超过一半的人口。

正在积蓄能量的黄石火山

来源:Pixabay.com

  观测火山的正确方法

  正确观测的火山的方法就是:在家里一边喝着可乐一边吃着爆米花看新闻直播……好吧我承认这是抖机灵。实际的情况是,虽然我们对于火山喷发掌握的情况已经比较多了,但近距离观测火山喷发依然具有极大的危险性。

  首先,对于火山的研究,地质学家所采用的常规手段并不是直接观测,而是大量的遥感观测;其次,你所看到的照片除了有专业摄影师冒着风险拍摄的,更多的近距离观测是使用预先设定好的遥控摄像机、无人机和机器人等设备进行的,总之既满足了保护人员安全的要求,也达到了采集数据的目的。

实际火山研究人员未着防护服观测时距离火山口的距离

(图片来源:https://volcanoes.usgs.gov/

  但即便是专业摄影师冒险拍摄,也并非你所理解的冒险。比如,摄影师们选择拍摄的地点和火山都是反复考量过的:基性火山岩浆因为粘稠度远低于酸性火山岩,其岩浆就会沿着裂隙较为安静地流淌,而后者就会产生较为猛烈的喷发;

  与此同时,摄影师也会穿着防护服,在保证自身基本安全的前提下,最终在距离岩浆百米左右的位置进行拍摄。比较常见的防护措施是穿着消防防护服,在隔绝热量的同时也能够保证人员呼吸。

  更重要的一点是,专业摄影师都会采用长焦镜头拍摄,加上拍摄时间多是黑天,加强了岩浆的视觉效果,使最终的摄影作品有一种近在眼前的感觉。但如果你贸然地以你的主观判断接近流动的岩浆,那么你就危险了。

同时采用多种方法最终达到岩浆近在眼前的摄影作品

(图片来源:Pixabay.com)

  我们如何确定火山的爆发时间呢

  我国火成岩发育带主要集中在环渤海一圈、内蒙南部和山西河北北部一线、滇川藏的部分地区和两湖地区。至于火山,或者活火山,中国境内发育就更少了,大概用一双手可以数清楚,基本就分布在新疆、云南、吉林和黑龙江等地。目前,我国有据可查的是1951年新疆的阿什库勒火山喷发,如果不是一个放羊人看到后告诉了新疆日报的记者,可能连这次记录也够呛能留下来。

  

我国全新世火山分布图

(图片来源:洪汉净等. 中国火山危险性等级与活动性分类, 2007)

  不仅如此,我国死火山的界定时间定为1万年,原因就是如果我们界定年限过窄,就差不多只剩下死火山了。而我们的邻国日本的界定年限则窄的多,界定年限为200年,按照日本的标准来看,我国需要研究监测的火山就太多了。

  目前,我国并没有设立相应的火山监测和预警机制,在这方面日本、美国等国家做出了巨大的贡献。特别是美国,凭借其强大的经济和技术实力,监测范围可以涵盖太平洋和大西洋,面积超过整个地球的一半,并通过火山灾害援助计划(Volcano Disaster Assistance Program)向全球提供火山监测和预警技术。

美国地质调查局火山灾害项目分布的网页截图

(图片来源:https://volcanoes.usgs.gov/

  美国通过其五个火山观测站——阿拉斯加火山观测站(AVO)、加州火山观测站(CalVO)、Cascades火山天文台(CVO)、夏威夷火山观测站(HVO)、黄石火山天文台(YVO)监测其领土及周边大约170座火山,其中重点监控近期活跃的火山约50座,最终通过美国地质调查局(USGS)向公众发布有关火山活动的信息和警告。

  其预警系统包含两个部分,第一部分是向民众的预警部分,包含正常、关注、监测和警告四个等级(见下表):

  第二部分则是告知航空部门有关大气中的灰烬危害情况,采用颜色代码:

美国地质调查局的各级火山预警标识

(图片来源:https://volcanoes.usgs.gov/

  总而言之,如果当地部门还没有发布火山爆发预警,那么火山爆发的可能性还是比较小的。如果对火山充(you)满(qian)兴(ren)趣(xing),可以在火山观测机构的指导下前往观看。

  在美国的黄石,意大利的维苏威和埃特纳,或者冰岛的火山观测中心等,都有专业的火山观测组织,甚至还有供游人参观的较为稳定的岩浆通道,观测安全性会高得多;而一般的旅游组织对地质灾害风险的掌控能力可以说接近于零,凭着一腔热血进入火山活跃地区拍摄发朋友圈就更是“找死”行为了。

  参考文献

  1. Bernhard Steinberger and Richard J. O'Connell:Advection of plumes in mantle flow: implications for hotspotmotion,mantle viscosity and plume distribution,Geophys. J. Int. (1998) 132, 412—434

  2. 洪汉净等. 中国火山危险性等级与活动性分类[J]. 地震地质, 2007, 29(03): 447-456

  3. https://www.data.jma.go.jp/svd/vois/data/tokyo/STOCK/kaisetsu/volcano_disaster.htm 

  4. https://volcanoes.usgs.gov/ 

  (本文中标明来源的图片均已获得授权)

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