火山爆發原因(湯加火山爆發原因)

出品：科普中國

制作：張鋼鋒（北京師范大學地理科學學部、應急管理部-教育部減災與應急管理研究院）

監制：中國科學院計算機網絡信息中心

一般來說，火山的爆發是由于地質構造運動，板塊活動等引起，但是你知道嗎？降水量過大，居然也可能引起火山大爆發。

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位于美國夏威夷島東南部的基拉韋厄火山，不僅是世界上最大、最壯觀的火山口之一，也是世界上最年輕的活火山之一，活動力非常旺盛。它最近一次大規模噴發是在2018年5月-8月期間，這次噴發造成了數百棟房屋倒塌，1700多居民被迫撤離。

2018年基拉韋厄火山噴發，圖片來源：USGS

研究人員考察了2018年基拉韋厄火山的爆發情況，試圖探尋本次火山噴發的原因。

一般來說，在火山噴發前，火山內部的巖漿會不斷聚集，并持續給地表的巖石產生壓力，當壓力足夠大的時候，巖漿就會突破巖層達到地表，最終導致火山噴發。

類似的壓力會導致地面形成幾十厘米的隆起，而這種隆起是火山噴發的可能征兆。但是讓研究人員感到疑惑的是，基拉韋厄火山噴發前，并沒有觀察到明顯的地面隆起，用傳統的理論并不能很好地解釋此次火山大規模噴發的原因。

帶著這個疑問，研究人員將目光轉向了降水。結果就有了一個驚人的發現，在火山爆發的前幾個月里，夏威夷出現了異常的連續強降水！在此期間，當地總降雨量高達2.25米，僅4月14日至15日，降雨量就達到了1.26米。而過去19年該地區同一時期的降水多年平均值僅為0.9米。

夢里尋他千百度，驀然回首，難道這次異常的火山噴發是強降雨引起的嗎？

接下來的分析結果更讓研究人員為之振奮，他們發現火山噴發前期的強降雨形成的雨水沿著火山巖的裂縫和孔隙不斷下滲，最深到達了地下2.9公里，導致基拉韋厄火山巖石內部的孔隙壓力在噴發前夕和噴發期間上升到了近50年來的最高值，進而弱化并破壞了巖層結構，使巖漿得以進入巖脈。

也就是說，并不是地下巖漿壓力增大了，而是降雨帶來的壓力導致巖石間裂隙更加脆弱，最終誘發了本次火山噴發。

2018年基拉韋厄火山噴發前期降水異常，圖片來源：Farquharson 和 Amelung, 2020

到這里是否可以說明此次基拉韋厄火山噴發事件破案了？

不，并沒有。以上只是一個推論，如何將這個推論變成結論，還需要更多的證據。

于是研究人員建立了火山噴發的模型，模擬了不斷累積的雨水在深層巖石縫隙的下滲過程。結果表明，雨水確有可能滲入巖石孔隙使壓力增加。不斷增加的巖層含水量削弱了火山的結構，使巖漿可以更容易進入巖石孔隙，最終導致火山爆發。

最后，研究人員統計分析了歷史上基拉韋厄火山的噴發情況，結果更令人意想不到。從1790年開始，基拉韋厄火山60%的噴發，前期均經歷長達半年左右的雨季。

在排除包括太陽、月球的引力及下方新巖漿壓力等誘發因素的影響后，他們進一步發現，火山在雨季爆發的幾率是其它時期的兩倍。這表明降雨和基拉韋厄火山歷史上的噴發也存在一定的關聯。

4月22日，英國《自然》雜志發表了美國邁阿密大學杰米·法夸爾森（Jamie Farquharson）團隊的這一研究成果。

當然，這項研究僅僅針對基拉韋厄火山，其它的火山和降水之間也有類似關系嗎？畢竟拿單個的研究案例來說事似乎存在一定的偶然性。

多個研究結果說明，這并不是巧合。

1989-1991年風暴引起的強降雨可能在圣海倫火山的噴發活動中起了重要作用。2001年2003年間，位于蒙特塞拉特的蘇弗里埃爾火山在噴發之前和噴發過程中強降雨不斷。此外，降雨也可能引發了2008年底法國留尼旺島弗爾乃斯火山的爆發。

答案當然是否定的。只有異常的強降雨才有可能觸發火山噴發。然而，如果強降雨事件不斷增多，那么原本許多靜靜地讓人類觀賞的火山就可能變得不那么安分。一個不好的消息是，全球快速變暖的背景下，地球上強降雨發生的概率在不斷增加。

過去全球強降雨雨量明顯在增加 來源：孔鋒等，2016

聯合國政府間氣候變化專門委員會（IPCC）發布的研究報告指出，隨著全球變暖趨勢的延續，1950年以來全球陸地強降水總量、頻率和強度都在增加，極端強降水事件數量顯著增加的區域要明顯多于顯著減少的區域。

此外，也有人利用氣候模式分析了全球季風區域在未來不同溫升情景下（1.5℃和2℃）極端降水事件的發生頻次。結果發現，升溫幅度增加0.5℃，就將大幅增加全球季風區極端降水事件發生的概率。這意味著，全球許多火山可能會遭遇基拉韋厄火山類似的狀況，許多原本安靜的火山們也將由于強降水的增加而變得越來越不安分。

參考資料

Farquharson, J.I., Amelung, F. Extreme rainfall triggered the 2018 rift eruption at Kīlauea Volcano. Nature, 2020(580), 491–495.

IPCC SREX. Managing the risks of extreme events and disasters to advance climate change adaptation[R]. London: Cambridge University Press. 2012.

孔鋒, 王鑄, 劉凡,等. 全球、大洲、區域尺度暴雨時空格局變化（1981—2010年）[J]. 北京師范大學學報：自然科學版, 2016(52):234.

Zhang Wenxia, Zhou Tianjun, Zou Liwei, et al. Reduced exposure to extreme precipitation from 0.5 °C less warming in global land monsoon regions[J]. Nature communications, 2018, 9(1): 1-8.

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