编者注(6/4/18):由于危地马拉富埃戈火山于周日(6月3日)致命爆发,火山灰流迅速覆盖附近村庄,因此重新发布此报道。
辛辛那提大学地质学系主任阿提拉·基林克提供了这个答案。最近,基林克教授一直在研究夏威夷和蒙特塞拉特的火山。
当地球上地幔或下地壳的一部分熔化时,岩浆就形成了。火山本质上是一个开口或喷口,岩浆及其所含的溶解气体通过这个开口或喷口排出。虽然有几个因素会引发火山爆发,但主要有三个:岩浆的浮力、岩浆中逸出气体的压力以及新一批岩浆注入已充满岩浆房。以下是对这些过程的简要描述。
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当地球内部的岩石熔化时,其质量保持不变,而体积增大——产生比周围岩石密度小的熔体。这种较轻的岩浆然后由于其浮力而向地表上升。如果岩浆在其产生区域和地表之间的密度小于周围和上覆岩石的密度,则岩浆到达地表并喷发。
所谓的安山岩和流纹岩成分的岩浆也含有溶解的挥发物,如水、二氧化硫和二氧化碳。实验表明,溶解在岩浆中的气体量(其溶解度)在大气压下为零,但随着压力的增加而升高。
例如,在充满水且位于地表以下六公里的安山岩岩浆中,约有 5% 的重量是溶解的水。当这种岩浆向地表移动时,水中岩浆的溶解度降低,因此多余的水以气泡的形式从岩浆中分离出来。随着岩浆越来越靠近地表,越来越多的水从岩浆中逸出,从而增加了管道中的气体/岩浆比率。当气泡的体积达到约 75% 时,岩浆崩解成火山碎屑(部分熔融和固体碎片)并爆炸性喷发。
导致火山爆发的第三个过程是将新的岩浆注入到已经充满成分相似或不同的岩浆的岩浆房中。这种注入迫使岩浆房中的一些岩浆在管道中向上移动,并在地表喷发。
尽管火山学家非常清楚这三个过程,但他们尚无法预测火山爆发。但是,他们在预测火山爆发方面取得了重大进展。预测包括对受监测火山的爆发的可能特征和时间进行预测。爆发的特征基于相关火山及其火山产物的史前和历史记录。例如,一座猛烈爆发的火山,曾经产生火山灰降落、火山灰流和火山泥流(或火山砾流),未来很可能也会这样做。
确定受监测火山的爆发时间取决于测量许多参数,包括但不限于火山的地震活动(尤其是火山地震的深度和频率)、地面变形(使用倾斜仪和/或 GPS 以及卫星干涉测量确定)以及气体排放(通过相关光谱仪或 COSPEC 采样二氧化硫气体的量)。1991 年发生了一个成功的预测的绝佳例子。美国地质调查局的火山学家准确预测了菲律宾皮纳图博火山 6 月 15 日的爆发,从而及时疏散了克拉克空军基地,挽救了数千人的生命。