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Feb. 13 2020

解開火山活動之謎:為何熔岩湖會神秘消失?

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  • 這是萬那杜安布理姆火山的五座火山湖之一,以前有岩漿在破火山口裡翻騰,直到2018年冬天這座火山爆發導致這些湖全數消失。PHOTOGRAPH BY ROBERT HARDING, ALAMY STOCK PHOTO

  • 在2018年爆發前,熔岩在安布理姆的一座湖裡翻攪。熔岩湖的作用就像是直通深處的一扇窗,提供了地底深處究竟發生了什麼的線索。PHOTOGRAPH BY DAN TARI, VANUATU METEOROLOGY AND GEOHAZARDS DEPARTMENT

  • 2018年在安布理姆火山爆發期間,當岩漿擠壓通過地底時,造成了地上的景觀斷裂和破碎。這種情形在距離火山口邊緣將近13公里的帕默村特別明顯。PHOTOGRAPH BY BERNARD PELLETIER, GÉOAZUR

將近4億立方公尺的岩漿在萬那杜安布里姆島的地底擠進深層的裂縫裡,造成了地景破碎和海岸上升。

這是萬那杜安布理姆火山的五座火山湖之一,以前有岩漿在破火山口裡翻騰,直到2018年冬天這座火山爆發導致這些湖全數消失。PHOTOGRAPH BY ROBERT HARDING, ALAMY STOCK PHOTO

這是萬那杜安布理姆火山的五座火山湖之一,以前有岩漿在破火山口裡翻騰,直到2018年冬天這座火山爆發導致這些湖全數消失。PHOTOGRAPH BY ROBERT HARDING, ALAMY STOCK PHOTO

2018年冬天當伊夫.穆薩蘭(Yves Moussallam)艱辛跋涉萬那杜的安布里姆火山時,地上鋪滿了綠色植物,火山的破火山口(caldera)裡有五座熾熱的熔岩湖汩汩地冒泡。然而就在兩個星期後,他發現自己周圍的景致失去了顏色。灰色的煙灰覆蓋了所有的岩石和裂隙,而那些湖也都空了,裡面的熔岩就像水流旋進排水管那樣消失了。

「所有東西看起來不是黑色就是白色,」與法國岩漿與火山實驗室(Laboratoire Magmas et Volcans)合作的哥倫比亞大學(Columbia University)火山學家穆薩蘭說:「整個破火山口區域都變得完全不一樣了。」

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這種轉變在一次異常爆發後發生,當時那次爆發的經過令科學家感到驚訝。雖然有些熔岩從附近的裂縫迸發出來,但大部分都是在地底移動——是指一大團足以填滿16萬座奧林匹克泳池的岩漿。依照薩蘭的團隊在《科學報告》(Scientific Reports)期刊裡所說,這個過程使大地破裂,將海岸猛推上升,熱得冒泡的熔岩則被帶上了海底。

「這在某種程度上算是一種負向爆發,」沒加入研究團隊的劍橋大學(University of Cambridge)火山學家克萊夫.奧本海默(Clive Oppenheimer)說:「它不是會從地下冒出的玩意,而是在地底下移動的岩漿。」

在2018年爆發前,熔岩在安布理姆的一座湖裡翻攪。熔岩湖的作用就像是直通深處的一扇窗,提供了地底深處究竟發生了什麼的線索。PHOTOGRAPH BY DAN TARI, VANUATU METEOROLOGY AND GEOHAZARDS DEPARTMENT

在2018年爆發前,熔岩在安布理姆的一座湖裡翻攪。熔岩湖的作用就像是直通深處的一扇窗,提供了地底深處究竟發生了什麼的線索。PHOTOGRAPH BY DAN TARI, VANUATU METEOROLOGY AND GEOHAZARDS DEPARTMENT

這份新研究是與萬那杜氣象與地質災害部門(Vanuatu Meteorology and Geohazards Department)一起合作進行,它提供了一份關於安布里姆地上與地下活動非常珍貴且詳細的描繪,能幫助地質學家解開造成火山活動的種種過程。

「身為火山學家,我們一直試圖去了解腳下數公里處到底發生了什麼事,但這很困難,因為我們無法直接接近岩漿庫。」這份新研究的第一作者、巴黎地球物理研究所(Institut de Physique du Globe de Paris)的博士候選人塔拉.史瑞夫(Tara Shreve)說。不過這份新研究彙整了大量線索,讓我們能更好地理解地底深處蘊釀的事件,也提供了關於安布里姆火山力量的重要細節——以及那種爆發可能造成的各種災害。

「它不像實驗室科學那樣,你可以在那裡一再地重複相同的實驗,」沒有參與這個研究團隊的美國地質調查所(U.S. Geological Survey)加州火山觀測站(California Volcano Observatory)的艾蜜莉.蒙哥馬利布朗(Emily Montgomery-Brown)說:「我們從每次個別爆發事件都學到很多東西。」

目擊噴發的機會

穆薩蘭起初會到安布里姆是因為他參加了一個研究,針對遍布萬那杜島弧的火山所噴出來的大量氣體進行分析,這個計畫由國家地理學會所資助,他們在來之前就有監測三個安布里姆的熔岩湖的氣體。兩個星期後,就在他們準備從萬那杜的首都維拉港(Port Vila)搭機回家時,聽到了一個消息:安布里姆火山爆發了。

2018年在安布理姆火山爆發期間,當岩漿擠壓通過地底時,造成了地上的景觀斷裂和破碎。這種情形在距離火山口邊緣將近13公里的帕默村特別明顯。PHOTOGRAPH BY BERNARD PELLETIER, GÉOAZUR

2018年在安布理姆火山爆發期間,當岩漿擠壓通過地底時,造成了地上的景觀斷裂和破碎。這種情形在距離火山口邊緣將近13公里的帕默村特別明顯。PHOTOGRAPH BY BERNARD PELLETIER, GÉOAZUR

研究團隊搭乘一架直升機飛回島上,然後因眼前的變化目瞪口呆。熔岩湖不見了。遠處有一道冷卻了的熔岩流。附近的樹木則因火燒而脆裂。種種跡象連結起來,他們最先做出的假設是岩漿噴到了地表,摧毀了附近的環境。

「我們以為前因後果就是如此。」穆薩蘭說。不過他們後來發現,這次噴發其實還在腳底深處進行著。

強烈地震開始搖晃這個島,粗大的裂痕切開了地面,形成了階梯狀的地貌。在距離破火山口邊緣接近13公里的海岸村莊帕默(Pamal),道路裂成兩段。屋舍也被推倒。有一棟建築物底下的地面裂開了,建築的一部分因此懸在半空中。

「顯然事情仍在發生,」穆薩蘭說:「讓人訝異的是這邊距離爆發地點很遠。」

在將地面觀測搭配衛星分析後,研究團隊才了解到這些都是一個持續多天的事件的一部分。在這期間,4億立方公尺的岩漿擠進並通過了地底深處的裂隙,向東移動超過16公里。

該研究的共同作者、地球科學實驗室(Géoazur)的伯納德.佩萊捷(Bernard Pelletier),在爆發事件後對海岸進行了調查,他表示這些突然增加的地底物質,把海岸推高了將近2公尺,讓大量的珊瑚和紅藻暴露在致命的陽光下。火山頂張裂的破火山口也受到影響,高度大約下沉了2.4公尺。

12月18日,爆發開始後的第4天,島嶼東部海岸有火山浮石被沖上岸——這可能是岩漿終於從地底滲出進到沿岸海水裡的結果。

一窺地球內部

這種通過地底的深層裂縫來排出岩漿的現象,又稱為斷裂帶火山作用(rift zone volcanism),這種過程並非前所未聞,不過卻不太可能會發生在安布理姆。

斷裂帶火山作用最常見於板塊正在分開的地方,地殼的張裂會將兩邊陸地拉開。以冰島的火山所發現的深層裂縫為例,它們的走向經常會和在該國地底分離的兩個地殼板塊對齊。斷裂帶火山作用也是基勞厄亞火山(Kilauea)發生的許多活動的原因,該座火山和茂納羅亞火山(Mauna Loa)位於地底的側邊部分,正在緩慢地滑入海裡,蒙哥馬利布朗解釋說。

 

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相較之下,萬那杜座落在靠近太平洋板塊和印澳板塊之間的地殼碰撞帶,二個板塊是在擠壓這個地區。然而最新的分析顯示,萬那杜充滿壓力的位置不會造成什麼問題。這條讓岩漿從中排掉的裂縫,會往兩邊承受最少擠壓的方向裂開,讓這個裂面「像個放屁坐墊(whoopee cushion)」那樣變大,蒙哥馬利布朗說。從研究團隊的模型可知裂縫裡的那團岩漿在某些地點很可能擴大超過將近4公尺寬。

令人一直感到好奇的一點是那些火山氣體怎麼了,沒有參與研究團隊的法國發展研究院(France’s Institute of Research for Development)火山學家菲利普森.巴尼(Philipson Bani)說。安布理姆曾經有好幾年都是世界上二氧化碳及其他火山氣體最大的自然排放源之一。它是如何維持這種活動仍然是個謎,他說。然後火山爆發了,幾乎在一夜之間,這個氣體工廠好像就停工了。

「你怎麼能夠就這樣把天然的管線關掉?」巴尼說:「以前在安布理姆有源源不絕的火山氣體,然後轟隆一聲,全都停了。」

岩漿存量

關於安布理姆火山的爆發可能會有更多線索持續浮現,穆薩蘭指出。他目前正在調查熔岩的化學性質,裡面似乎含有至少二種不同成分,可能來自幾個分開的岩漿庫。雖然還需要更多研究才能證實這個發現,但它暗示了引爆火山的原因,很可能是在兩個岩漿庫之間新形成了一個連結。

關於火山系統的詳細分析,如這份最新的安布理姆火山的論文,對了解火山爆發的力學很重要。這類研究還可能協助提供關於火山岩漿存量(magmatic budget)的線索,揭露有多少熔岩可供未來噴發所用,蒙哥馬利布朗說。

就在安布理姆熔岩湖乾掉前幾個月,夏威夷基勞厄亞的熔岩湖也發生了岩漿從該座火山側邊的深裂縫激烈流失的現象。不過蒙哥馬利布朗和她的同事最近發現,基勞厄亞頂峰大範圍的噴發和崩塌,僅僅源自於它的淺層岩漿庫裡11到33%部分的釋出而已。這個發現引發了許多疑問,包括到底爆發為什麼會停止。

在這些過程中,兩次爆發提供了一個重要的觀察視角,幫助我們了解火山的動力與它多種運作的方式,美國地調所夏威夷火山觀測站的地質學家馬修.派翠克(Matthew Patrick)說,他並未參與這份新研究。

「現在,兩個火山正處於恢復階段,」他說:「重要的問題是,接下來會怎樣?」

延伸閱讀:地震會引起火山爆發嗎?科學家為此吵翻天大屯火山群不可怕,可怕來自不懂它──專訪林正洪

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