来自维苏威火山的有毒气体和火山灰仅用几分钟就使公元79年约2000名庞贝城居民窒息而死。来自培雷火山的火山碎屑流在1902年夺走了加勒比海马提尼克岛上近3万人的生命。如果这些灾难性的火山爆发发生在今天，科学家们能否及时预测到它们以拯救生命？
火山学家在这方面无疑取得了一些进展。看看波波卡特佩特火山，或称埃尔波波火山就知道了。它位于墨西哥城郊外，是世界上最大的活火山之一，也是监测最严密的火山之一。用于监测埃尔波波火山的设备包括10个地震站；5个摄像机；2个用于评估爆炸威力的声音传感器；3个用于测量降雨和火山灰的水文气象站；5个用于评估火山在喷发前物理变形程度的传感器；以及一个热成像摄像机。
墨西哥国家灾害预防中心的研究主任卡洛斯·安东尼奥·古铁雷斯可以通过手机监控所有这些设备收集的数据。当波波卡特佩特火山在五月份喷出烟雾、火山灰和熔岩时，古铁雷斯和他的同事提高了威胁等级，并向地方当局提供实时更新。火山阴影下居住着2200万人，其火山灰和喷发非常危险，足以取消学校和关闭机场。知道火山灰或火山爆发即将发生至关重要，古铁雷斯的工作有助于人们为地震或窒息性的火山灰云做好准备。
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1993年，埃尔波波火山上只有一个传感器。预测几乎不存在。当火山活动在1994年爆发之前活跃起来时，那次爆发标志着波波卡特佩特火山当前行为模式的开始，附近的居民确信它会“像庞贝一样”，古铁雷斯说。他迅速在火山上放置了更多传感器，这帮助他和他的团队消除了误传，并开发了他们今天使用的预警系统。
在过去的几十年里，技术进步和对更多火山的监测范围的扩大，有助于告知生活在火山暴露范围内的超过5亿人。科学家们正沉浸在数据中；他们只需要弄清楚如何利用这些信息来加快他们的预测速度。今天最准确的火山爆发预测系统以小时而不是天或周为单位发出警告。但是，许多火山显示出足够的早期行为线索，以至于科学家们经常在系统发出警告之前简单地猜测即将发生某些事情——即使爆发的具体时刻尚不清楚。研究人员乐观地认为，这些警告最终将超越仅仅提前几小时的通知。
这些进展至关重要。火山活动 继续威胁着全球各地人民的生命和社区。
“如果你犯了错误，那么风险就相当高，”牛津大学火山学家和教授塔姆辛·马瑟说。“如果你告诉他们撤离，然后什么都没有发生，那么下次有人说‘你现在真的必须撤离’时，民众的印象自然不会那么深刻。”
美国地质调查局地震学家塞思·莫兰说，虽然目前用于探测火山活动的技术比1990年代可用的技术“先进得多”，但仍然存在许多未知数。他将这种情况比作医生进行诊断：体温、脉搏和血压都是患者体内正在发生的事情的症状，但有时医生会要求进行活检以查看内部情况并找出真正发生了什么。“对于火山，我们无法做到这一点，”莫兰说。“你不能下去取样地表以下五英里的岩浆。”
在科学家们开发出能够承受炙热温度约为1500华氏度的岩浆的探测器之前，更精确的长期火山爆发预测不太可能实现。美国地质调查局夏威夷火山观测站的负责人肯·洪说，目前，火山学家和地震学家需要保持警惕。
“即使在半夜，我们也必须保持最佳状态，”洪说。“这并不容易。预测仍然涉及到很多人的直觉。”
当气体或岩浆从其主喷口进入大气或地表时，火山就会爆发。岩浆驱动着这些爆发。它的运动可以催化气体排放、引发地震并使火山外部变形。除了人类听觉阈值以下的低频声音外，这些迹象是科学家们用来预测火山活动和爆发的主要指标。
部署在火山周围的几种仪器测量这些明显的迹象。这些设备包括看起来有点像咖啡罐的地震仪，用于监测任何表明熔岩上升的地面震动。其他设备类似于装有电脑和汽车电池的家得宝塑料箱；这些设备记录地震仪读数，并让科学家们从远处了解情况。较新的技术以三维而不是仅一维捕捉地震能量——地球的运动方式。
最重要的是，这些仪器必须坚固耐用。“这具有挑战性，因为你要把所有这些非常敏感的电子设备都放在一个非常恶劣的环境中。那里刮风；下雨；空气中经常有酸性气体，”华盛顿特区卡内基科学研究所的火山学家戴安娜·罗曼说。“多年来，我们学会了如何以能够持久的方式建造这些设备。”
有了如此众多的仪器，火山很少会在科学家没有任何预警的情况下爆发。无论是地震活动还是二氧化碳的喷发，大多数火山都会发出预警信号，科学家们利用这些信号在火山爆发前几个小时做出相当准确的预测。专家们表示，人们很容易推测这些进展本可以拯救古代庞贝城居民免于灾难，但并非所有火山都提供线索。有些火山只是在没有任何警告的情况下爆发。
地球科学丹尼森大学副教授埃里克·克莱梅蒂说，科学家们并不完全了解最初是什么引发了火山爆发，或者是什么导致火山从躁动不安转变为“真正地从地面喷出东西”。了解是什么启动岩浆在岩浆房中汇集然后上升，将有助于科学家们创建更好、更及时的预测。
部分未知数围绕着存在的多种火山类型。如果火山没有开放的喷口，科学家就无法通过气体排放评估火山活动。有些火山在爆发前像充气的气球一样膨胀起来，这种地面位移很容易被卫星捕捉到。另一些火山，如夏威夷大岛上的基拉韦厄火山，仅膨胀几毫米（英寸的二十五分之一）。
“我们取得了巨大进步，卫星真的在帮助我们。但我们仍然像是在解读来自深处的讯息，”马瑟说。“我们看不到全貌。”
此外，火山是反复无常的。它们不仅会改变行为，还会改变行为模式。在基拉韦厄火山2018年爆发之前，发生了数天的地震，这给了美国地质调查局夏威夷火山观测站的工作人员充足的时间通知大岛官员。但当基拉韦厄火山在6月初爆发时，洪的团队只有一小时的预警时间。*
“我们不会改变我们的火山在爆发前不久才向我们发送信号的事实，”洪说。“这就是野兽的本性，对吧？它只是静静地待在那里，然后突然袭击。因此，我们只需要在那样的时间尺度上做好准备，接受它并准确地识别它。”
有一些进展的迹象。意大利科学家创建了一个自动预警系统，该系统在2008年开始的近十年期间，成功预测了埃特纳火山59次爆发中的57次（尽管仅提前约一小时）。2021年，美国宇航局喷气推进实验室和阿拉斯加费尔班克斯大学的研究人员声称，他们通过分析这些庞然大物地下的热信号，提前数年在五座火山上发现了预警信号。
火山爆发预测的下一个障碍是确定爆发强度。莫兰说，他认为可用数据的增加将有助于解开这个谜团，从而为当地社区提供更有用的预测。
“我们仅仅发表论文并称其为好是不够的，”莫兰说。“我们必须深入社区，传播信息，并确保我们拥有的信息是可理解的——并且被那些需要了解信息的人所理解。”
*编者注（2023年7月12日）：此段在发布后经过编辑，以更正对基拉韦厄火山爆发的描述，该爆发之前发生了数天的地震。