微小的泄漏导致基拉韦厄火山发生大规模意外坍塌

2018年夏威夷基拉韦厄火山的喷发，其壮观的火山口坍塌是其特征，在火山顶峰形成了一个几乎与纽约市世界贸易中心一样深的洞。现在，新的研究发现，这种剧烈的变化仅仅是由山峰下方储岩室中少量岩浆泄漏引发的。

瞬时和爆炸性的火山口坍塌，例如7700年前形成俄勒冈州火山口湖的事件，是一种更为人所知的现象。但新的研究结果表明，像基拉韦厄火山那样缓慢运动的坍塌事件——本质上截然不同——可能正在世界各地的火山发生。事实上，在2014年至2015年期间，冰岛的巴达本加火山的火山口也发生了类似的事件。

“我们从这两起事件（基拉韦厄火山和巴达本加火山）中学到的是，可能不会有太多预警，”地球物理学家马格努斯·图米·古德蒙德森说，他研究了巴达本加火山的坍塌，但没有参与新的基拉韦厄火山研究。古德蒙德森说，起初，火山口坍塌喷发看起来很像典型的喷发。“然后，当条件合适时，火山下方的岩浆房可能会裂开，岩浆可以自由流动，火山口顶部就会坍塌。”

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基拉韦厄火山是一座1250米高的宽盾状火山，位于夏威夷大岛的东南海岸。1983年，它开始从其东部裂谷带喷出熔岩，该区域因重力将整个区域向海下拉动而形成的裂缝而断裂。那次喷发在2018年5月达到了高潮，当时火山顶峰的火山口或陨石坑内的熔岩湖开始像底部有孔的水桶一样排水。与此同时，东部裂谷带的下部随着熔岩喷泉和新的裂缝而活跃起来，其中一个裂缝喷出一条熔岩河，流经居民区并流入大海。在2018年8月喷发停止之前，超过700所房屋和其他建筑物被摧毁。

这场灾难发生在比历史上任何火山口坍塌喷发事件都多的科学设备的密切监视下，包括无人机、GPS传感器、热像仪和基于卫星的雷达。“从基拉韦厄火山获得的某些细节是我们以前从未见过的，”古德蒙德森说。

在本周发表在《科学》杂志上的三篇独立论文中，研究人员将来自这些仪器的大部分数据编织在一起，讲述了基拉韦厄火山从山顶到海洋的喷发故事。美国地质调查局地球物理学家凯尔·安德森领导的研究中发现的第一个启示是，是喷发导致了火山口坍塌，而不是相反。这种关系一直是科学家们争论的地质学上的鸡生蛋还是蛋生鸡的问题，但在巴达本加火山和基拉韦厄火山，显然是喷发先发生。安德森和他的团队发现，当重力将基拉韦厄火山的斜坡向海拖动时，岛屿的裂开打开了裂缝，让岩浆从火山的储岩室和上方的熔岩湖中排出。当火山口下方的岩浆消失后，其底部的所有岩石在五平方公里的范围内崩塌了500多米。一旦火山口底部发生弯曲，它就会像活塞一样给整个地下岩浆管道系统加压，从而增加和延长了裂谷带的喷发活动。

以前没有关于坍塌需要多少岩浆排出的良好估计，但安德森说，基拉韦厄火山的喷发表明，只需要非常少量的岩浆就可以引发这种火热的过程。“在第一次坍塌之前，实际上只移走了非常小一部分岩浆——几乎肯定少于约3.5%至4%，”他说。安德森补充说，基拉韦厄火山顶峰的火山口可能已经很薄且有断层，因此很脆弱。其他火山口是否同样脆弱还有待观察。

美国地质调查局夏威夷火山观测站的地球物理学家马修·帕特里克说，火山口坍塌与东部裂谷带下部熔岩流之间的联系是实时显而易见的。在一篇单独的论文中，他和他的同事发现，流经裂谷带的熔岩河经历了持续数小时的涌浪，这些涌浪发生在距40公里外的顶峰火山口坍塌的几分钟内。帕特里克说，这些熔岩洪流是由坍塌的火山口产生的压力脉冲造成的。这些脉冲有时会导致熔岩通道溢出河岸，形成新的支流，威胁到附近的财产。由夏威夷大学希洛分校火山学家谢丽尔·甘塞基领导的裂谷带熔岩的地球化学分析进一步巩固了火山口与裂谷带之间的联系。分析发现，可能来自顶峰储岩室的较热岩浆与较老喷发中残留的岩浆混合在一起。

在地球地幔中的熔岩重新充满其岩浆房之前，基拉韦厄火山不太可能再次如此剧烈地喷发，这可能需要数年到数十年的时间。但是，从冰岛到加拉帕戈斯群岛，世界各地还有其他类似的火山位于裂谷带，在基拉韦厄火山和巴达本加火山等地学到的信息可能有助于阐明那些遥远的火山口可能如何坍塌。

冰岛气象局的地球物理学家米歇尔·帕克斯说：“受到良好监测的火山口坍塌可以提供有关这些火山下方岩浆管道系统的关键信息。”她没有参与这项新的研究。她说，这些新颖的细节可能包括岩浆是如何储存的，有多少岩浆可用于喷发以及它是如何迁移的，她补充说，“所有这些信息对于确定喷发的潜在形式以及喷发的规模至关重要。”