10月2日晚,一场令人担忧的地震撼动了坎皮佛莱格瑞上方的城镇。坎皮佛莱格瑞是那不勒斯以西的一个巨大的、长期休眠的火山,这场地震让当地媒体和当局陷入恐慌。记者们猜测,火山可能会开始流出熔岩,威胁到居住在其中心附近高风险地区的130万人。火山学家呼吁更新现有的疏散计划,该计划假定可以在提前72小时预测到火山喷发,并将其更新为包括在喷发已经开始后疏散所有人的可能性。
10月31日,意大利民事保护部长内洛·穆苏梅奇表示,如果地震活动持续,他将考虑提高警报级别——此举将启动某些医院和监狱的疏散,并鼓励最紧急的50万居民自愿离开家园。在平静了几个星期后,11月23日,该地区又发生了一系列震颤,促使媒体再次猜测岩浆上升到地表的可能性。
10月2日发生的4.0级地震以及此后发生的数百次地震,标志着坎皮佛莱格瑞火山数十年来最剧烈的地震活动期。在10月2日之前的两个月里,该地区记录了2000多次低震级的震颤,其中包括自1983年以来最强的地震。监测系统显示,自2005年以来,某些地方的地面上升了1.17米,其中三分之二发生在2016年之后。
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居民之间的紧张气氛仍然很高,因为科学家们不确定地表之下发生了什么。科学界一致认为,震颤和隆起是火山正在苏醒的迹象。但是,他们正在努力纠正对地面隆起的两种相互竞争的解释,这两种解释已经争论了几十年,这让居民和研究人员感到不安。对地质之谜的解答可以使科学家们更接近确定火山喷发的可能性。它还可以为世界各地的地质学家提供预警信号,以便在其他大型火山开始隆隆作响时寻找,尤其是像美国西北部的黄石火山、印度尼西亚的多巴火山和阿根廷、玻利维亚和智利的阿尔蒂普拉诺-普纳火山群这样的超级火山。
一种模型——我们称之为浅层岩浆模型——认为地震活动和隆起是由岩浆推向地表引起的,使得近期发生剧烈的岩浆外流的爆炸性喷发的可能性很高。另一种模型,即热流体模型,认为地下深处的岩浆释放的蒸汽和热气是罪魁祸首。在这种情况下,正在进行的地震活动可能会突然停止或在潜水喷发中达到顶峰——火山会喷出热液体、气体和岩石碎片,而不是熔岩。这将造成的威胁较小,但由于有这么多人住在附近,它仍然是致命的威胁。
意大利坎帕尼亚路易吉·万维泰利大学的地球化学和火山学副教授罗伯托·莫雷蒂说:“每个人都同意岩浆参与其中。”自2013年以来,他一直是热流体模型的支持者。但是,科学家们对于岩浆究竟起什么作用以及它与地面的距离有多近存在分歧。“因此,问题就大了,”莫雷蒂说。“岩浆在哪里?”
这座火山在英语中被称为弗莱格雷安火山,在一个14公里宽的区域内包含二十多个火山口和其他构造。其中三分之一位于第勒尼安海之下,介于意大利大陆和该国的撒丁岛之间。这座火山已经活跃了至少8万年。它的破火山口——空岩浆房导致火山顶塌陷时形成的洼地——是在3.9万年前和1.5万年前的两次剧烈喷发后形成的。较早的一次喷发导致100公里以内的地区出现火山冬天,将火山灰送到了俄罗斯,并突然冷却了全球气候。
自从1538年最近一次喷发后,这座火山就平静下来了。伦敦大学学院的火山学和地球物理灾害教授克里斯托弗·基尔本说,到现在,“地下熔岩和地表之间的任何先前联系都已被封锁”。因此,地壳充当屏障,基尔本说,在下一次喷发发生之前,地壳必须破裂,为熔岩或流体的突破创造一条新的通道。
科学家们认为,这种情况自坎皮佛莱格瑞火山在20世纪50年代苏醒以来一直在发生。当时,适度的地震活动加剧,并伴随着地面的缓慢弯曲——隆起和下沉。科学家们说,来自地壳顶部下方的压力以两到三公里的深度挤压着它,导致它伸展和破裂,从而产生浅层地震和地表隆起。在1982年至1984年间,地面上升了1.8米,大约3万人被疏散,许多科学家认为这是一次流产的喷发——岩浆被认为已经上升到接近地表,但随后某种东西阻止了它的上升。地面在2004年开始再次消退,当时当前的隆起开始了。
根据基尔本在《地球与环境通讯》上合著的2023年论文,每次隆起事件都会进一步拉伸地壳,从而为破裂创造更有利的环境,并为喷发开辟道路。
但是,分歧就在这里。根据浅层岩浆模型,上升的岩浆正在对地壳施加压力,这种情况发生在20世纪80年代地面上升时。根据热流体模型,该模型自2016年该地区地震活动加剧以来获得了更多关注,岩浆位于更深处,但它正在向地表发送越来越多量的蒸汽和热气。
为任何一种模型找到确凿的证据仍然难以捉摸。地球物理学家无法直接接触他们研究的复杂的地下现象。相反,他们分析到达地表的那些过程的间接信号,例如地震活动、地面隆起和被称为喷气孔的喷气孔排放的气体。“这并非坎皮佛莱格瑞独有的,”基尔本说。“每当火山重新苏醒时,我们都必须发挥一点想象力来弄清楚这些信号的含义。”莫雷蒂将火山学家的努力比作过去试图仅根据一个人的症状来辨别人类疾病的医生,而对内部身体过程没有详细的了解。
莫雷蒂和基尔本等人都指出,到目前为止,隆起速度比1982-1984年慢,当时隆起很可能是由浅层上升的岩浆引起的,而这种情况在目前的情况下并没有真正出现。热流体模型与在喷气孔处测量到的大量二氧化碳以及地面隆起的形状相一致,地面的隆起在震中(靠近意大利波佐利镇)更大,并从那里逐渐减小。
科学家可以进行的一项调查是钻探。“钻孔是研究地质和火山最有效、最直接的方法,”意大利国家地球物理和火山学研究所的研究主任朱塞佩·德纳塔莱说,他同意以个人研究人员的身份与《大众科学》交谈,而不是该研究所的代表。德纳塔莱在2012年领导了钻探500米先导孔的工作,该孔为科学家提供了关于破火山口的起源和边界的更精确的地层信息。但他表示,当地政客和媒体,以及一位当地科学家,开始对该项目“发动战争”,称其为危险项目。公众舆论反对第二个3.5公里的钻孔,导致资助者撤回了他们的支持。
目前还不清楚,现在威胁似乎更大,对新钻孔的支持是否有所增加。德纳塔莱说,有关新钻探的消息可能会引起类似的反应,因此目前钻探计划已被搁置。钻探一个3.5公里的钻孔大约需要一个月的时间。它在地表附近的直径在30到35厘米之间,在更深层的直径在10到12厘米之间。这样一个钻孔不可避免地会刺穿地壳,但德纳塔莱说,这几乎不会对当地居民造成风险,因为现代钻孔都配备了防喷器——机械设备也用于油井,当压力超过某个阈值时,可以监测和密封钻孔。莫雷蒂说,钻探可能会产生地震活动,并且可能会喷出热的、酸性的液体——就像间歇泉一样。
钻孔将允许科学家研究深层地球化学成分,以及岩石,包括它们的温度和压力。此外,钻孔将帮助研究人员了解地壳还能延伸多少。“我们知道,自1950年以来,地面上升了4米,自2005年以来上升了1.17米,但我们不知道岩石还能承受多大的压力,”德纳塔莱说。他说,4米的隆起可能适中,也可能接近即将喷发的临界点。
基尔本说,科学家之间的差异可能听起来像是破火山口上的人们在吹毛求疵,因为只要隆起继续,地下压力就会增加,地震活动也会继续增加。然而,德纳塔莱说,更强烈的地震也可能意味着地下正在发生断裂,从而减轻了一些压力。类似的趋势似乎发生在10月底,当时坎皮佛莱格瑞火山下的震颤次数减少了。但是德纳塔莱说,这种趋势可能是短暂的:“裂缝会随着时间的推移而愈合,当它们闭合时,压力会再次开始积累,”他说。类似的事情发生在2013年,当时地震活动似乎有所下降,但一年后又再次加剧。“似乎一切都结束了,”德纳塔莱补充说。“但是,一切又像以前一样重新开始了。”