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融化的岩漿可以警告火山爆發?僅適用於部分火山

今(2014)年二月,印尼有 16 人因為錫納朋火山爆發而死亡,這是從去年九月錫納朋火山重新活躍以來,第一次發生人員傷亡。過去通常都有足夠的時間警告居民從當地撤離,但這次噴發前,居民被允許回到回到當地火山五公里以外的區域活動,因為火山學家們相信錫納朋火山正在穩定下來。

天災的不穩定性讓人希望在發生之前能夠一窺預警先機,火山爆發前,有什麼跡象可以警告大家呢?這次,科學家將腦筋動到了火山岩漿身上。

1982年喀斯喀特山脈噴發出的火山灰。(圖片來源:Wikipedia,作者:CarolSpears)

1982年喀斯喀特山脈噴發出的火山灰。(圖片來源:Wikipedia,作者:CarolSpears)

在火山爆發之前,岩漿總要先融化吧?世界上那些最險惡火山地底下的岩漿,99%的時間都處於冷卻且堅固的狀態,這表示了在岩漿「預熱」的時候,火山學家們可以視之為一種火山爆發的警訊。

岩漿平常停留於約 200°C ~ 400°C 的地殼中,地質學家一直探討這個溫度對於岩漿融化而言究竟是不是夠熱的溫度?為了找出答案,戴維斯加利福尼亞大學的助理教授 Kari Cooper 從奧勒岡州的胡德峰採集了火山熔岩樣本,檢驗其中「鍶」元素的分布。

洩漏內情的「鍶」元素

Kari Cooper 和奧勒岡州立大學的助理教授 Adam Kent 合作,從凝固的熔岩中分離出結晶體,利用其中鈾的雷射衰敗期擔任「碼表」功能,推算出這些結晶至少已經存在了 21000 年以上。

他們觀察結晶裡的鍶,發現結晶的核心比外圍分布有更多的鍶元素。這是件怪事,因為照理來說,火成岩在 750ºC 時開始融化, 而鍶在這個溫度是流動的狀態,會在數千年的時間內逐漸擴散到整個結晶體之中。

既然 Cooper 和 Kent 所採集的樣本並未呈現均勻分布,代表這些結晶體待在超過 750 °C 以上環境的時間不超過 2800 年,甚至可能只有區區 140 年。如果從他們誕生至今的 21000 年來看,這段時間所佔的比例只有 13% 甚至 1%。換句話說,足以讓胡德峰岩漿融化且噴發的高溫(750 °C),是歷史上非常罕見的情況。胡德峰目前仍是活火山,最近一次噴發時間是在 220 年前。

火山熔岩真的被「預熱」了嗎?

這也觸發了一個顯而易見的問題:是什麼會導致火成岩融化?一般的猜測認為是來自更深源的岩漿「加熱」了上方的火山熔岩庫。

然而,去年的一項研究認為某些火山之下的岩漿庫其實長時間保持液態,而非直到火山噴發前才開始融化。意即尋尋覓覓火山岩漿融化的跡象,其實僅有助於預測「部分火山」的噴發行為,法國薩瓦大學的 Alain Burgisser 認為並非所有的火山都遵循同樣的噴發模式,「但這種『預熱』狀況的確會發生在那些最頻發和最猛烈的活火山,例如菲律賓的皮納圖博火山在1991年的最後一次噴發便是個好例子。」火山爆發前的岩漿融化過程會維持一段相當長的時間,儘管這有助於爭取觀察和警報的時間,不過這種情形通常也發生在更大規模、更具殺傷力的火山噴發中。

從地震到火山,人們致力於找出這些災害的「前兆」,但若要證明這些前兆和災害事實具有實際上的因果關係,而非隨機事件或是不明所以的相關性,就需要科學方法的持續投入,研究其中關連的邏輯,甚至找出反例來加以驗證,才能證明這些「前兆」並非鄉野傳說而已。(本文由科技部補助「新媒體科普傳播實作計畫─重大天然災害之防救災科普知識教育推廣」執行團隊撰稿)

責任編輯:鄭國威|元智大學資訊社會研究所

本文原發表於行政院科技部-科技大觀園「科技新知」。歡迎大家到科技大觀園的網站看更多精彩又紮實的科學資訊,也有臉書喔!

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