圣海伦斯火山成因,超级火山未爆弹

火山爆发内情不单纯,针对北美圣海伦斯火山的新研究发现,火山底下的岩浆通道比原本所想的复杂。探究管道分布及火山活动迹象,有助提升火山爆发预警能力。

圣海伦斯火山成因,超级火山未爆弹

1980年5月18日清晨,来自美国俄勒冈州波特兰市的自由摄影师爱德华斯(Arlene Edwards)和19岁的女儿乔琳开车越过哥伦比亚河,抵达华盛顿州西南部一处较高的岩石露头。她们架好相机,开始观看美国西部喀斯喀特山脉(Cascade Range)中的圣海伦斯火山(Mount St. Helens)。这座火山两个月来持续喷发火山灰和蒸气,周遭山脊上有数十位来此观看的人,他们都认为自己与火山保持了安全距离。那是个美好的周日早晨,空气温暖而且晴朗无云,在沾染着灰烬的冰河下方,是壮观而骇人的火山。

突然,圣海伦斯火山北侧整片山壁开始崩落,滑入旁边的山谷。前一刻还是山坡的地方爆出愤怒的灰云,空中满是碎裂岩石和热气。这团云气急速膨胀,布满东侧天空,并且冲向爱德华斯母女。当云气撞击她们所在的观景点,爱德华斯被炸飞300多米,女儿乔琳则因吸入火山灰而窒息死亡,陈尸在母亲坠落地点附近。周边另有57人伤亡,受害者远远超过地质学家所预料。

圣海伦斯火山这次喷发,催毁了200多幢房屋、27座桥梁、24公里铁路,298公里公路,以及150000英亩森林,难以计数的动植物死亡,留下了大片的荒野。造成这场灾难的原因在于,圣海伦斯火山不是向上,而是向四周喷发,整个爆发过程,就像是山体内部在向四周开火,留下了一个大而深的马蹄形火山口,“炮轰”过后,圣海伦斯开始喷发火山灰,爆炸式火山能把岩浆打散,因此产生的火山灰比熔岩流火山更多,这些火山灰的颗粒更细,可以上升到50公里高的大气层内。

圣海伦斯火山成因,超级火山未爆弹

过了35年后,在距离当初爱德华斯母女站立处不到几百公尺的地方,华盛顿大学的地震学研究生乌尔柏格(Carl Ulberg)跪在重新长出的森林绿地里。在他前方有个半埋于土地的大型塑胶冷却器,布满尘土的盖子就像通往地底的下水道盖口。他伸手拿出里面纠缠的电子设备和电线,并取出记忆卡。远处的圣海伦斯火山在阳光照耀下闪闪发光,最近一波2004~2008年喷发的岩浆,冷却后填充了部份的火山口。乌尔柏格把记忆卡放进他带来的塑胶盒,记忆卡储存了六个月以来火山底下的震动记录,乌尔柏格接着把新的记忆卡放进仪器,“我们用这样的方式探究那里正在发生的事。”

圣海伦斯火山成因,超级火山未爆弹

这个地震站和其他散布在圣海伦斯火山周围的69个地震站,记录了地底下由火山爆发和板块活动引起的震波,甚至是远方海浪拍打海岸造成的微弱震动。圣海伦斯火山下,为岩浆管道成像计划(Imaging Magma Under St. Helens, iMUSH)而部署了这些地震站,目的是追溯岩浆从地球内部移动到地表的路径,iMUSH是这类研究中最具野心且最为全面的,研究结果呈现出人们从未见过的地底世界。一般认为,火山下方深处有一座岩浆库,由一根像吸管的管道通到地表。但在圣海伦斯火山下方,岩浆流经多座相连岩浆库,并在其中经历化学变化,进而促成猛烈爆发。岩浆在地球内部四处移动、绕过障碍物,并利用地球内部的断层持续蓄积。岩浆移动造成的浅层与深层地震,可视为正在补充火山下的岩浆库,可理解为火山在“充电”,进而引发未来爆发的迹象。

iMUSH的发现除了能保障喀斯喀特山脉火山附近(包括加拿大温哥华以及美国西雅图、波特兰、雷诺和沙加缅度等地区)数百万居民,还能帮助全球火山周围的居民。1980年以来,火山爆发造成全球超过2万5000人丧生,开发准确的灾害预警系统刻不容缓。多数陆地火山和圣海伦斯火山一样,由于板块碰撞,使地球内部的热上升到地表。iMUSH计划目的之一是把研究成果应用到其他火山,包括型态不同的火山。美国地质调查所(USGS)的地质学家克莱尼(Michael Clynne)表示:“所有火山都是独一无二的,但我们需要先全面了解圣海伦斯火山,才能了解别的火山。”

追寻岩浆来龙去脉

圣海伦斯火山成因,超级火山未爆弹

人类在地球钻过最深的洞只有约12公里深,但火山根源比这深得多。如果你有一部钻井机可以钻到想要的深度,并且开始在圣海伦斯火山旁钻探,在最初约70公里钻头碰触到的是典型大陆岩石。接下来会发生令你吃惊的事:钻头会撞到含水的海洋岩石,其中还带有海洋生物化石,那是北太平洋海床的一个小型板块构造,在北美大陆边缘隐没到地球内部。隐没作用是驱动全球火山活动的主要因素,当海洋板块隐没到大陆板块下方,海洋板块上覆的地壳(板块包含地壳和部份地函)会因受热产生岩浆并渗透到地表。海洋板块隐没到北美大陆不但形成了一长串火山带,从加拿大卑诗省的盖瑞巴迪山一路延伸到美国加州北部的拉森峰,也使喀斯喀特山脉上散布数千座熔岩原和熔岩锥。

但在这约呈南北向的一排火山中,圣海伦斯火山显现出一些奇特差异:它的位置偏西约48公里;以及震波研究显示,它正下方的岩石温度太低不足以产生岩浆。那么这座火山是从哪里获得的能量?圣海伦斯火山虽然位置较偏,却是几个世纪以来喀斯喀特山脉上最活跃的火山,19世纪初期几乎连续喷发数十年,在约1480年时也曾猛烈爆发,规模是1980年爆发的好几倍。

iMUSH成员表示,他们借由追溯火山岩浆“从板块到地表的路径,试图寻求对这个奇怪现象的解释。”计划主持人之一、华盛顿大学地球物理学家克里格(Ken Creager)说:“我们正利用能取得的所有工具尝试弄清问题。没有一项技术可以让我们达到目的,但我们希望,全面运用这些工具能说明岩浆移动的来龙去脉。”


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