但是當他們對兩組讀數作更仔細的比較時發現,次聲信號比地震信號更優越。地震信號從一地到另一地有很大的變化,而次聲信號則相當穩定。並且在爆發前的片刻,次聲信號與地震信號相比,其性質的改變更為明顯:次聲信號從短暫、單一的事件變換為大氣的持久振動。這種瞬時的轉變在地震信號中是難以區分的,因為單一地震事件在透過地面發生共振時,通常會相互融合。
單單看次聲圖樣還不能保證可以預報火山噴發。地震學家研製了與之相匹配的計算機模型,通過它們模擬火山內部實際發生的活動以便確認那些過程是否產生了所觀測到的次聲波類型。然後,它們希望能將所作的測量與一些有用的信息,例如火山將噴出何種東西,有多少,以及這種噴發將有多大威力等聯繫起來。
科學家手中的「水晶球」
儘管科學家在預測火山噴發的道路上日行千里,但是,面對大自然的無窮力量與神秘代碼多少還是有些蒼白無力,科學家仍無法預知下次噴發會在何時出現。
1976年,在加勒比海的瓜達魯普島上,火山學家發出了駭人聽聞的警示:這座島上巨大的蘇弗裡耶爾火山可能很快就要噴發。他們報告說,火山氣的氣壓正在上升。當局接受了科學家的警告,當即安排全線撤離,之後四月,城裡空無一人。但是,這次的預報卻撲了空,火山安然無恙,但因此誤報,經濟損失卻達幾百萬美元。
但是,10年後,位於哥倫比亞境內的魯伊斯火山噴發卻釀成了悲劇。科學家又一次給出了噴發預測,他們認為,噴發會導致冰雪融化,從而形成泥石流,會沖毀附近的村鎮。這次,科學家預測准了,但是當地政府卻忽視了,並沒有下令撤離。終於在1985年11月,火山噴發,泥石流席捲了村莊,把整個阿羅羅鎮埋在了灰色的火山灰和泥漿之中。2.3萬人因此喪命,4500人受傷,8000人無家可歸。
同樣是預測,卻帶來兩種截然相反的結局,這就詮釋了火山預測時的不確定性。那麼,科學家究竟如何才能更好地預測火山噴發呢?
目前來說,冰島這一國家的火山預測在世界上是名列前茅的。為了提高火山預測水平,科學家就將這片火山之都作為它們的試驗場。
冰島的地理位置十分特殊,眾所周知,它毗鄰北極圈,冰川面積占8000平方千米,整個海岸線長約4970千米,全境3/4是海拔400—800米的高原。其中1/8國土被冰川覆蓋,冰川之下有100多座火山,活火山達20多座。
除了保護好冰島國民,這裡的火山專家還擔負著保護過境航空旅客的重要任務。在連接美國和歐洲的主要航線上,每天都有絡繹不絕的飛機穿越冰島上空,從大規模火山噴發區域的附近飛過,飛機引擎裡可能會吸入大量的火山灰。因無法穿越火山灰墜毀的航空事故不勝枚舉。事實上,2010年的這次冰島火山噴發,歐洲的航空業也因為火山灰受到重創,好在,事先的預警準確及時,避免了不必要的人員傷亡。
為了對火山噴發給出比較準確的預測,許多科學家都在用計算機模型分析源自不同預測技術的數據,以形成一個綜合的預測。
在外界看來,這些科學家就好似握住了一個巨大的「水晶球」,能看到未來的火山世界。對此,科學家們的解釋是——「我們只是試圖把零碎的數據拼湊成一個完整故事」。
冰島的科學家採用地震記錄儀網絡組成了一套自動預警系統,這些設備世界領先,只要地面有輕微的震動,都能被監測出來,加上科學家的豐富經驗,為冰島火山把脈不算太難。
冰島還推廣了一套水傳感網絡,安放在島嶼四周的河流中。水溫、水深以及水中熔接的火山氣的類型一旦發生變化,都會給出警示信號。這個技術叫做——INSAR,即「干涉合成孔徑雷達」。這個測量技術於20世紀60年代末開始發展。其基本原理就是利用具有一定視角差的兩部天線(或一部天線兩次經過)來獲取統一地面區域的兩幅具有相干性的SAR?拂單視復圖像,並根據其干涉相位數據來提取地表的DEM?拂信息。其數據可生成經過修正的合成孔徑雷達圖像,修正圖像的絕對地理精度為3米或小於3米。這種雷達能夠在廣闊的地域迅速收集數據,通過利用獲得的地形仰角數據修正超頻譜圖像,可以生成地形信息數據庫。
INSAR衛星系統特別像警察用來開超速罰單的雷達槍。衛星向地面發射出一束雷達波,記錄火山的精確位置。繞地球一周後,衛星會再次發射雷達波。然後,比較兩個圖像的異同,就能看出火山周圍地面的細微變化。
冰島的火山專家並不依賴於任何一套火山預測系統,而是不斷地改進計算機模型,搜集並分析利用各種預測方法獲得的信息。現在,冰島的火山學家們甚至會知道火山在噴發前會給出什麼樣的信號,他們相信,很快就能提供更及時有效的預測。
在希臘Nisyros島上,瑞士蘇黎世聯邦理工學院的沃克爾·迪特裡希也在研究如何把「一大堆的信息」整合起來。歐盟曾出資運作的一項計劃,試圖創造一個電腦程序,它將綜合12種不同的火山觀測數據——包括海洋勘測圖像、衛星圖像、二氧化碳排放等等——形成一個直觀的火山活動立體圖。迪特裡希是這個為期三年的計劃的主要參與者,該計劃在2003年被終止。他又提議建立一種更先進的電腦程序,它能在預警感應器檢測到火山活動跡象時啟動一系列監控器。但是這個提議沒有得到響應。
雖然,夏威夷、意大利、日本等地也有各種各樣的火山檢測系統,但迪特裡希解釋說,「仍然沒有一種綜合性的分析系統。」
因此,目前的方法常常還是這樣:聽取一屋子專家的不同意見,分析他們採集的不同數據,試圖在所有的雜音中找到一個和諧音調,然後再向政府報告。
鑽進火山口的人
火山研究同樣是個危險的活。為了獲悉更準確的情報,還有不少研究者定期到火山口內採集熔岩等樣本,用化學嗅探器監控從地底洩漏的氣體。
他們借助金屬製梯子下行或者通過保險繩將自己吊入火山口內的平台,這些平台往往距離火山口五六百米。在這些火山口內的地面上,到處都是裂縫,透過這些裂縫經常噴發出熾熱的有毒蒸汽,要在這樣的地面上行走,要時刻保持清醒狀態。腳下的土地隨時都有可能坍塌,將人拋入萬丈深淵。
科學家冒這麼大危險,想得到什麼呢?勇闖火山口,科學家最重要的還是從距火山口近千米深的熔岩湖中採集一些新鮮的火山熔岩樣本,這些熔岩樣本經過分析,就會讓他們瞭解到在1000℃以上的熔融狀態中,物質的真實特性是怎樣的。「如果熔岩是『新鮮的』,換句話說未曾被『高溫回爐』,那就意味著火山正在又一次製造新的熔岩。一旦確信這座活火山有新的岩漿湧出,我們就有理由相信它正在醞釀新的噴發!」法國火山學家雅克·杜雷斯這樣說,他曾多次鑽入全世界最危險的16座火山之一的尼拉貢戈火山口下考察。
走近火山並不一定要鑽入火山口內,科學家也會到現場採集火山灰,敲開剛剛形成的岩石,進行研究。以火山灰為例,這塵埃的化學構成能透露出下一波岩漿的濃度。火山灰中硅土成分越多,說明岩漿越粘稠——噴發也更劇烈。如果火山灰中鎂含量較多,則暗示岩漿流動性更大。
為了破解火山密碼,人類已經走得很遠了,但是,這條路還是很長,尤其是面對超級火山的預測上。不管花多少時間監測火山,總還是會有一些情況是我們無法預測的。
在現代科技還未能做到百分百準確預測火山運動,且對於超級火山我們也知之甚少的時候,科學家卻透露出一個讓人更加擔心的信息:工業革命以來所造成的全球升溫有可能促使火山頻發。
2.引爆火山的新發動機:全球變暖
雖然地獄自身的燃燒人類無法控制,然而我們卻有可能減少自己的助燃或者說助紂為虐,因為已經有科學研究顯示,全球變暖是引爆火山的發動機之一。約束人類,重塑文明建設方向,遏制暖化,這也許是人類當下突然面臨火山密集攻擊時,唯一看得到的回天之術了。
火山的蓋子被它打開了
冰島大學火山地質專家弗瑞斯坦·西格蒙德森試圖通過2010年單一的冰島火山噴發事件去尋找背後更深層次的原因。他認為:全球變暖導致的冰雪融化將影響到地下岩漿的活動,冰島在未來10年內會有更大、更頻繁的火山噴發發生。
英國利茲大學的地質學家卡羅麗娜·帕裡與西格蒙德森曾在2008年的一期地球物理學研究快報(GeophysicalResearchLetters)上發表過一篇文章,對全球變暖與冰島火山活動之間的聯繫專門進行過闡述。這篇研究報告指出位於冰島的瓦特納冰川自1890年起已有10%的冰雪融化,陸地平均一年上升了2.5厘米,造成了地質位移。他們認為在冰帽的強大壓力下,即使溫度很高,岩石也不可能成為液體熔岩。帕裡說:「一旦壓力解除,隨著冰層的融化,岩石也會熔化。」報告還估算出幾個世紀以來冰雪融化導致瓦特納冰川有體量較大的熔岩形成。
2010年5月來自美國邁阿密大學羅森斯蒂爾海洋和大氣科學學院所公佈的一項最新研究成果顯示,全球變暖確實在加速融化格陵蘭島冰蓋,從而導致格陵蘭島陸地部分海拔高度上升。
研究人員將特製的全球衛星定位系統(GPS)安放在格陵蘭島海岸,以觀察冰蓋大小變化與海平面升降之間的關聯。
研究人員通過分析自1995年至今所收集的數據後發現。過去,儘管格陵蘭島冰蓋會隨著季節變化時大時小,但總體會達到一種平衡。然而,近年來,隨著全球變暖加劇,格陵蘭島冰蓋融化後難以復原,而冰蓋加速融化導致格陵蘭島陸地部分受到的壓力下降,陸地海拔高度逐漸上升。越是在溫暖的海岸,這種現象越明顯。
由此,研究人員指出,格陵蘭島某些海岸區域的陸地上升速度已經達到每年2.5厘米左右,這個結論與帕裡他們研究所得基本吻合。研究者按照目前的發展勢頭估算出冰島陸地在2025年的上升速度有可能達到每年5厘米,這項研究成果刊登在了2010年5月18日出版的英國《自然·地球科學》雜誌網絡版上。
作為「冰火之國」,冰島對於冰川融化十分敏感。事實上,不僅僅是冰島,氣候暖化可能影響全球火山。就像英國的一組科學家在收集大量數據後分析所得:大氣中二氧化碳的增加使全球變暖,所帶來的問題不僅僅是海平面的上升,還會「打開火山的蓋子」。
到這裡,大家可能會很疑惑,全球變暖是屬於氣候範疇,為什麼會對火山噴發這樣的地下活動有影響呢?
簡單來說,是因為地球的重力均衡被打破。專業的解釋正如研究人員所說「一方面氣候變化會導致冰層融化,冰層壓力減小,同時大量融水將影響地理構造,這些都會改變火山內部壓力平衡並加劇火山活動;另一方面火山爆發又會噴出大量火山灰,改變大氣成分,反過來加劇氣候變化。」
再進一步解釋就是「冰層融化後,重新液化的水會引發海平面上升,增加海底所承受的重量,而這也可能對地層深處的板塊造成影響。」火山專家帕特裡克·吳說。
同樣的道理也表現在「全球變暖與地震增多」之上。認為火山噴發與全球變暖相關的專家指出,全球變暖的確能夠影響包括地震在內的地質災難,因為它能移動地球表面的大量物質。融化的冰川和上升的海平面改變了大規模水體的分佈,這種改變將通過地面釋放壓力。壓力的變化使地裂和地震變得更有可能。德國的研究顯示,地殼有時非常脆弱,一場滂沱大雨就可以引起地球表面壓力的變化,從而導致地震發生。
專家指出:「這是個新興的科研領域,可能會帶來很有意思的研究成果。原來,專家普遍認為氣候變化和此類事件之間不存在任何聯繫。現在的觀點是氣候變化可能會引起更多的地質運動。長遠來看,如果氣候的確出現了巨大變化,應該可以看到變化帶來的影響。」
地殼其實很脆弱
2009年,英國倫敦大學舉行了一個有關火山研究的國際研討會,部分與會研究人員指出,火山頂部的冰層融化可能導致更多火山爆發,歷史上早有先例,那是發生在地球最後一次冰河時期——末次冰期。