La Soufrière,高耸入云的火山位于加勒比海圣文森特岛北部,从2021年4月9日开始爆炸.截至发稿时,没有死亡记录,但火山灰已经笼罩了整个岛屿,导致停电,污染水道,掩埋庄稼。

当天,火山增加了赌注,但喷发本身实际上早在12月中下旬就开始了,当时一团牙膏管状的熔岩开始从火山顶部渗出。在接下来的几个月里,它开始变成一个圆顶,然后变成一个细长的熔岩库,一个大约3000英尺长、像鼻涕虫一样的庞然大物。至少就它所带来的危险而言,它有点像相对容易接近的火山爆发冰岛的雷克简斯半岛但在4月9日,情况发生了变化,要求岛内东北和西北地区疏散。

普利茅斯大学的火山学家保罗·科尔说:“在一周左右的时间里,这次喷发从一个相当温和、被动的熔岩圆顶挤压转变为一次爆发性喷发。”当然,问题是为什么?

火山学家正在研究这个问题。通过收集熔岩穹窿和最近落下的熔岩碎片的样本,他们旨在找出是什么导致了从相对平静到灾难性恐怖的戏剧性转变。如果对这一过程有更好的理解,或许可以提前探测到这座火山和该地区其他火山向爆炸力的转变,有可能挽救数千人的生命。

火山灰和浓烟从火山喷发而出。
火山灰和浓烟从火山喷发而出。罗伯逊s亨利/路透社

“为什么危险在改变,它将如何改变?东安格利亚大学研究火山学的博士生Bridie Verity Davies问道。“在一天结束的时候,这是地面人员真正需要的信息。”

虽然许多火山都以某种特定的方式喷发,但它们并不只遵循一种喷发方式。夏威夷ʻ我的Kīlauea火山例如,它通常会将流动的熔岩推入山顶的坑洞,并从侧翼流出。但有时,当岩石卡在岩浆管道中,或当岩浆遇到地下水时,它会产生爆炸。

然而,东加勒比地区的火山以有点“双重人格”而闻名:它们可以迅速而危险地从平静的、嗡嗡作响的喷发转变为异常猛烈的爆发。东安格利亚大学的另一位火山学家詹尼·巴克利说,这是一个构造板块俯冲到另一个板块下面时产生的一种容易爆发的岩浆的结果。

蒙塞拉特岛上的Soufrière山火山在断裂并释放出一系列爆炸之前已经形成了熔岩圆顶。最臭名昭著的一次发生在1995年,当时这种转变摧毁了普利茅斯的首都。马提尼克岛的火山Pelée也在热泉和火山爆发之间反复。它在1902年5月8日灾难性的火山喷发的两侧形成了熔岩圆顶,那次喷发摧毁了圣皮埃尔市,在一瞬间杀死了3万人。

1995年蒙特塞拉特岛上Soufrière山的喷发摧毁了普利茅斯的首都。
1995年蒙特塞拉特岛上Soufrière山的喷发摧毁了普利茅斯的首都。克里斯托弗Pillitz /盖蒂图片社

圣文森特La Soufrière轻松地证明了它完全有能力进行同样的快速变化。想要知道原因,科学家们在圆顶被发现的那一刻就开始工作。

目前在圣文森特岛的兰开斯特大学研究火山学的博士生蒂沃内·豪解释说,早在1月份就从圆顶收集了样本。该地区的科学家(包括西印度大学地震研究中心的科学家)和更远的地方的科学家正在对这些岩石进行研究。

戴维斯在英国远处观察着新的熔岩圆顶的形成,并很快参与了一个对其岩石进行取样和分离的项目。就在工作开始的时候,火山的顶部自行爆炸了,不仅毁掉了新的圆顶,还毁掉了1979年出现并一直存在至今的圆顶。戴维斯说:“我手中的这些石头并不存在,这有点超现实。”这是在关键时刻获得的至关重要的证据。

2020年La Soufrière的山顶火山口。这一切都被2021年的火山喷发摧毁了。
2020年La Soufrière的山顶火山口。这一切都被2021年的火山喷发摧毁了。瓦迪姆Nefedov除

火山灰,以及火山爆发所产生的更大的刚冷却的熔岩块,也已经被收集起来,准备送到世界各地的火山学家那里。遗憾的是,这样的情况太多了。戴维斯说:“喷发出的火山灰总量绝对是巨大的。”“即使火山喷发消退,它的影响也会持续很长一段时间。”

科学家们将对这两种类型的火山碎屑进行比较和对比,希望找出是什么让La Soufrière变成了一头狂暴的野兽。他们在寻找什么线索?

火山爆发的原因已被广泛理解。根据岩浆的化学成分,它可以是稀的,像蜂蜜一样的,也可以更像奶油冻。含有更多二氧化硅的岩浆更厚更粘稠。岩浆中还含有气体,当熔岩上升并开始减压时,这些气体会变成气泡。气泡在上升过程中很难逃脱较粘稠的岩浆,所以当它们最终推到低压表面时,它们可能会急剧膨胀,将岩浆炸成碎片。

2021年4月9日,圣文森特La Soufrière火山爆发后,火山灰覆盖了棕榈树和一座教堂。
2021年4月9日,圣文森特La Soufrière火山爆发后,火山灰覆盖了棕榈树和一座教堂。罗伯逊s亨利/路透社

岩浆的组成是科学家们将要研究的一个关键特征,但目前还不确定形成圆顶的岩浆和爆炸的岩浆是否在某些方面不同。科尔推测,它们基本上是同一种岩浆,一种相当粘稠的味道,被称为玄武岩安山岩。

如果成分没有剧烈变化,那么很可能爆炸的岩浆含有更多的气体。囊泡,硬化的岩石空洞,曾经容纳气泡,将揭示新岩浆的气体是如何与圆顶形成的物质相比较。

戴维斯说,岩浆上升的速度也起着作用。快速移动的岩浆没有给被困气体太多的机会逃逸,这使得爆炸更有可能发生。但如果岩浆移动缓慢,气泡就会增长,聚集在一起,然后像苏打水里的气泡一样平静地消失。

通过观察岩石的晶体,也就是从冷却的岩浆中出现的闪亮的物质斑点,可以确定岩浆的上升,以及它冷却的速度,以及它的成分如何随时间变化。巴克利说:“他们有在火山系统中移动时所看到的条件的记录。”这些地狱般的记录片用某些地质学家能理解的语言记录了一段旅程。

卫星捕捉到La Soufrière火山爆发。
卫星捕捉到La Soufrière火山爆发。Maxar技术/盖蒂图片社

这些晶体对岩浆气体也有奇怪的影响。戴维斯说:“如果熔体中富含晶体,这些晶体就能锁住岩浆。”“它们都有点像拼图一样交织在一起。他们把东西放在一起,赋予它更多的结构。”这可能会困住更多气体,促使岩浆喷发。但有时它们也会形成隧道,允许气体偷偷地逸出,缓解岩浆的爆炸潜力。

对这些样本的调查工作才刚刚开始,所以目前还没有确定的消息。但非常初步的研究表明,从一次无害的喷发转变为一次野蛮的喷发,其标志是旧的岩浆被新模式抛弃。

去年12月开始生长的熔岩圆顶可能是1979年火山喷发的残留物,是卡在火山岩石喉部的东西。那些地狱般的痰在那里呆了几十年,逐渐失去了所有的气体。然后,去年年底,新的岩浆从地下上升,与它相遇。这批富含气体的熔融岩石加热了上面停滞的物质,推动它缓慢喷发,形成熔岩圆顶。偶尔从穹顶中喷出的气体是从新一批气体中逸出的。

在爆炸发生的前几天,穹顶开始迅速生长,喷出的气体更加活跃。正如经常与岩浆移动有关的一系列地震所揭示的那样,这与新一批岩浆到达浅层地壳的时间一致,这些岩浆在上升的过程中迅速将其余的旧岩浆挤出。

蒙特塞拉特Soufrière山火山中的安山岩,如图所示。
蒙特塞拉特Soufrière山火山中的安山岩,如图所示。景观与科学除

也许是新的岩浆上升得特别快,或者是它新形成的晶体阻止了气体逃逸。也许上面的熔岩圆顶起到了塞子的作用,阻止了新的岩浆更快地喷发出来。这可能是多种因素的综合作用。不管怎样,结果在4月9日很明显,一系列的爆炸震动了山顶,在地面上形成了一个巨大的洞,科尔说。

在火山喷发仍在进行的时候进行地质上的犯罪现场调查是一种超现实的体验。豪每天都在观察火山灰布满天空,拍摄大漩涡的照片和视频,并冲到野外收集新鲜的火山物质样本。“有点起伏不定,”她说。“从雄伟的喷发柱到黑暗的天空和下落的火山灰。你住的房子,你吃午餐的餐馆,你看到的人们现在经常被迫离开他们的家园,流离失所。一切都变了。”

戴维斯以前从未研究过从活跃的火山喷发中提取的岩石。“这项工作的重要性被强化了,”她说。“感觉要正确做事、发挥作用,压力更大了一些。”

在火山真正爆发的前一天,政府下令疏散人员。科学家们希望能够提供更多的警告。
在火山真正爆发的前一天,政府下令疏散人员。科学家们希望能够提供更多的警告。罗伯逊s亨利/路透社

火山剧烈的脱气,加速熔岩穹丘的生长,以及地震的震动提前提醒了科学家,有些事情即将发生。当局受到了足够的惊吓,并决定在爆炸发生的前一天发布疏散命令。生活在火山阴影下的至少2万人逃往安全地带。

科学家们希望这种法医检查可以让他们提供几周甚至几个月的预警,而不是几天。当下一个熔岩穹丘出现时,他们可以检查建造它的岩浆类型,将其与今天的喷发所涉及的岩浆进行比较,并寻找暗示是否有可能发生毁灭性的爆炸。“这是这项工作的最终目标,”科尔说。

但是火山学家知道没有两次喷发是相同的,火山总是有让人惊讶的能力。“事情并不总是如你所愿,”戴维斯说。任何人都不应该期望从这项工作中看到晶莹剔透的未来图景,但即使对未来有一扇模糊的窗口,也比没有好。