火山可以被預警？新技術能夠更好地預測火山爆發！

本文來自：百度知道日報

艾雅法拉火山（Eyjafjallajokull）

2010年春，冰島艾雅法拉火山（Eyjafjallaj？kull volcano）在冰蓋下爆發，熾熱的火山岩漿混雜著大量融水，火山氣體和火山灰衝向10多公里處的高空。數百人被疏散撤離，火山爆發造成的混亂遠遠超出了冰島範圍，一些歐洲國家的領空關閉了幾天。萬幸的是，艾雅法拉火山爆發沒有造成人員傷亡，但依舊導致了相當大範圍的混亂。

儘管火山爆發可能會造成傷害和破壞——即使有些是非致命性的——科學家們仍舊無法準確地預測它們。即使科學家們曾成功預測過幾次火山爆發，他們還是缺乏一種標準的預測方法。“就進行預測來說，火山學領域的研究遠遠落後於氣象學這些領域。”英國牛津大學（University of Oxford）的火山學家David Pyle如是說。火山的活動情況複雜且難以預測，當然，大部分火山活動都發生在地底，這使得研究和預測它們要比天氣系統難得多。Pyle說：“現在真正的挑戰是，對於那些我們沒有觀測到噴發過的火山，以及現在沒有密切關注的火山來說，我們很難預測接下來會發生什麼。”他補充道，現今科學家們用於火山爆發預測的方法是“定性的”。法國薩瓦大學（University of Savoy Mont Blanc）的一個研究團隊試圖建立一種更可靠、更精確、以資料驅動的方法，利用衛星和資料同化（data assimilation）技術，來預測諸如艾雅法拉火山之類的爆發活動，還可能建立每日甚至每小時的火山預報。

資料同化技術被廣泛運用於氣象學等領域，我們的天氣預報就依賴於這種技術。它結合了一個系統模型（比如天氣或氣候）和現實資料點，以進行對未來的預測。這種技術的長處在於模型可不斷調整—它將預測結果與現實世界的資料相比較，並實時進行自我校準。

週三出版的《地球科學前沿》（Frontiers in Earth Science）雜誌中的一項新研究表明，薩瓦大學研究人員將資料同化技術應用到一個火山模型中，觀察這項技術是否能準確預測火山爆發的一個重要引數：岩漿超壓。這是由於火山岩漿外推造成的過高壓力，與上覆岩層產生的向內壓力有關。這項研究的第一作者Mary Grace Bato是法國地球科學研究所的博士研究員。她說，“每座火山都有自己的臨界超壓值”，“如果達到了這個值，那就知道在幾天或幾個月內可能會發生一場火山爆發。”預測系統中這個元素如何變化的能力，有助於火山學家更好地做出預測。

研究團隊為了他們的研究，創造出了一個基於格里姆（Grímsv？tn）火山的簡化模型，該火山同樣位於冰島。他們隨即將合成的關於火山外地面如何變形的衛星資料，隨時報告給模型並作出預測。Bato提供了一種理解地表形變與岩漿超壓關係的簡單思路：“想象火山的岩漿庫是一個氣球。如果不斷地把岩漿裝進氣球，氣球就會膨脹並導致其頂部的地表發生形變。我們可以使用GPS或雷達衛星資料測量形變，然後推斷出岩漿超壓。”這個團隊還使用衛星資料對其模型對於未來岩漿超壓的預測進行最佳化。美國地質調查局（U。S。 Geological Survey）喀斯喀特火山觀測站（Cascades Volcano Observatory）的地質學家解釋道，這種基於物理的技術尚未投入當前實踐。他說，今天的火山預報依賴於監測資料、來自全球火山資料庫的資訊、當地對火山過去活動情況的瞭解以及基於經驗的科學發現的資訊。

當研究人員將預測結果和模擬火山進行對比時，他們發現數據同化技術能準確預測岩漿超壓的變化。除了能用於預測的優點外，這種技術還有助於約束火山的地下特徵。Bato解釋道，“它證明科學家能夠用資料同化技術更好地瞭解火山內部的各個部分以及發生在火山內部的活動”，如岩漿庫的幾何結構和岩漿流入儲層的機率。“這些引數都非常難推算，因為它們深藏在超過10公里的地底深處。”

Bato指出，他們的研究只是檢驗資料同化技術應用於火山預報的開始。團隊使用了一個非常簡化的模型，且他們的方法依賴於合成數據。在現實世界中，火山活動更加混亂而複雜，研究方法需要採用真正的全球定位系統（GPS）和雷達衛星資料。他們的研究也並未體現火山爆發的其他重要預測因素，如地震和產生的火山氣體——儘管研究人員計劃在未來的研究中涵蓋這些測量值。

科學家們仍需要加深對岩漿超壓發生時間點的瞭解，岩漿超壓是研究的主要著眼點，它將預報現實世界的火山噴發活動。“從概念上講，臨界超壓值一定存在。但是這個值通常是未知的，每座火山可能都不一樣，同一座火山的臨界超壓值也可能隨著時間的推移而改變，”Dzurisin解釋道，“儘管如此，能夠預測岩漿超壓將是向前邁出的重要一步。”Dzurisin認為，資料同化技術將更廣泛運用於火山學領域。他說：“這種方法似乎有望應用於火山爆發預測領域。”“但我們還有很長的路要走。”牛津大學的Pyle也認為這種方法有潛力，“這顯然是一種進步的方法”，他如是說。

接下來，Bato的團隊計劃使用真正的衛星資料，將他們的方法應用於冰島的格里姆（Grímsv？tn）火山。Bato說：“有朝一日，我希望我們能為臨近活火山的那些城市或鄉鎮提供每日甚至每時的預報，因為這才是這類研究的價值所在。”

翻譯：黃穎穎 審校：張哲

原文來自 環球科學

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