火山爆发原因(汤加火山爆发原因)

出品：科普中国

制作：张钢锋（北京师范大学地理科学学部、应急管理部-教育部减灾与应急管理研究院）

监制：中国科学院计算机网络信息中心

一般来说，火山的爆发是由于地质构造运动，板块活动等引起，但是你知道吗？降水量过大，居然也可能引起火山大爆发。

图片来源于微博

位于美国夏威夷岛东南部的基拉韦厄火山，不仅是世界上最大、最壮观的火山口之一，也是世界上最年轻的活火山之一，活动力非常旺盛。它最近一次大规模喷发是在2018年5月-8月期间，这次喷发造成了数百栋房屋倒塌，1700多居民被迫撤离。

2018年基拉韦厄火山喷发，图片来源：USGS

研究人员考察了2018年基拉韦厄火山的爆发情况，试图探寻本次火山喷发的原因。

一般来说，在火山喷发前，火山内部的岩浆会不断聚集，并持续给地表的岩石产生压力，当压力足够大的时候，岩浆就会突破岩层达到地表，最终导致火山喷发。

类似的压力会导致地面形成几十厘米的隆起，而这种隆起是火山喷发的可能征兆。但是让研究人员感到疑惑的是，基拉韦厄火山喷发前，并没有观察到明显的地面隆起，用传统的理论并不能很好地解释此次火山大规模喷发的原因。

带着这个疑问，研究人员将目光转向了降水。结果就有了一个惊人的发现，在火山爆发的前几个月里，夏威夷出现了异常的连续强降水！在此期间，当地总降雨量高达2.25米，仅4月14日至15日，降雨量就达到了1.26米。而过去19年该地区同一时期的降水多年平均值仅为0.9米。

梦里寻他千百度，蓦然回首，难道这次异常的火山喷发是强降雨引起的吗？

接下来的分析结果更让研究人员为之振奋，他们发现火山喷发前期的强降雨形成的雨水沿着火山岩的裂缝和孔隙不断下渗，最深到达了地下2.9公里，导致基拉韦厄火山岩石内部的孔隙压力在喷发前夕和喷发期间上升到了近50年来的最高值，进而弱化并破坏了岩层结构，使岩浆得以进入岩脉。

也就是说，并不是地下岩浆压力增大了，而是降雨带来的压力导致岩石间裂隙更加脆弱，最终诱发了本次火山喷发。

2018年基拉韦厄火山喷发前期降水异常，图片来源：Farquharson 和 Amelung, 2020

到这里是否可以说明此次基拉韦厄火山喷发事件破案了？

不，并没有。以上只是一个推论，如何将这个推论变成结论，还需要更多的证据。

于是研究人员建立了火山喷发的模型，模拟了不断累积的雨水在深层岩石缝隙的下渗过程。结果表明，雨水确有可能渗入岩石孔隙使压力增加。不断增加的岩层含水量削弱了火山的结构，使岩浆可以更容易进入岩石孔隙，最终导致火山爆发。

最后，研究人员统计分析了历史上基拉韦厄火山的喷发情况，结果更令人意想不到。从1790年开始，基拉韦厄火山60%的喷发，前期均经历长达半年左右的雨季。

在排除包括太阳、月球的引力及下方新岩浆压力等诱发因素的影响后，他们进一步发现，火山在雨季爆发的几率是其它时期的两倍。这表明降雨和基拉韦厄火山历史上的喷发也存在一定的关联。

4月22日，英国《自然》杂志发表了美国迈阿密大学杰米·法夸尔森（Jamie Farquharson）团队的这一研究成果。

当然，这项研究仅仅针对基拉韦厄火山，其它的火山和降水之间也有类似关系吗？毕竟拿单个的研究案例来说事似乎存在一定的偶然性。

多个研究结果说明，这并不是巧合。

1989-1991年风暴引起的强降雨可能在圣海伦火山的喷发活动中起了重要作用。2001年2003年间，位于蒙特塞拉特的苏弗里埃尔火山在喷发之前和喷发过程中强降雨不断。此外，降雨也可能引发了2008年底法国留尼旺岛弗尔乃斯火山的爆发。

答案当然是否定的。只有异常的强降雨才有可能触发火山喷发。然而，如果强降雨事件不断增多，那么原本许多静静地让人类观赏的火山就可能变得不那么安分。一个不好的消息是，全球快速变暖的背景下，地球上强降雨发生的概率在不断增加。

过去全球强降雨雨量明显在增加 来源：孔锋等，2016

联合国政府间气候变化专门委员会（IPCC）发布的研究报告指出，随着全球变暖趋势的延续，1950年以来全球陆地强降水总量、频率和强度都在增加，极端强降水事件数量显著增加的区域要明显多于显著减少的区域。

此外，也有人利用气候模式分析了全球季风区域在未来不同温升情景下（1.5℃和2℃）极端降水事件的发生频次。结果发现，升温幅度增加0.5℃，就将大幅增加全球季风区极端降水事件发生的概率。这意味着，全球许多火山可能会遭遇基拉韦厄火山类似的状况，许多原本安静的火山们也将由于强降水的增加而变得越来越不安分。

参考资料

Farquharson, J.I., Amelung, F. Extreme rainfall triggered the 2018 rift eruption at Kīlauea Volcano. Nature, 2020(580), 491–495.

IPCC SREX. Managing the risks of extreme events and disasters to advance climate change adaptation[R]. London: Cambridge University Press. 2012.

孔锋, 王铸, 刘凡,等. 全球、大洲、区域尺度暴雨时空格局变化（1981—2010年）[J]. 北京师范大学学报：自然科学版, 2016(52):234.

Zhang Wenxia, Zhou Tianjun, Zou Liwei, et al. Reduced exposure to extreme precipitation from 0.5 °C less warming in global land monsoon regions[J]. Nature communications, 2018, 9(1): 1-8.

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