基拉韦厄火山喷发如同“踩踏火箭”玩具

2018年4月30日，夏威夷岛海拔1247米的基拉韦厄火山再次苏醒。熔岩从火山侧面的裂缝喷涌而出，这标志着该火山数百年来最大规模的喷发开始了。它最终喷发出的熔岩足以填满50万个奥运会规模的游泳池，并摧毁了700所房屋。随着熔岩的流动，这座火山还释放了一系列罕见的爆炸，将羽状物灰烬射向数千米高空。

现在，一组地球科学家分析了这些爆炸，并将得出的结论发表于《自然-地球科学》。研究人员表示，基拉韦厄火山喷发是在山体坍塌时发生，坍塌引发爆炸从而将火山灰和气体喷向高空。这种爆炸机制如同一种“踩踏火箭”玩具——用脚跺在充满空气的塑料风箱上，泡沫火箭就会发射到空中。

“这是一个非常合理的解释。”美国加州大学伯克利分校的岩石学专家Penny Wieser说，研究这些爆炸的机制是了解基拉韦厄火山危害的重要组成部分。

基拉韦厄火山是地球上最活跃的火山之一，平均每两三年喷发一次。但这些喷发通常会产生大量熔岩，而不是高耸入云的火山灰和气体柱。基拉韦厄火山上一次发生爆炸性喷发是在1924年，当时火山喷出了汽车大小的石块。目前还不清楚是什么导致了这些爆炸。

在2018年的火山动荡中，夏威夷火山观测站（HVO）的科学家就意识到，有可能1924年火山爆发会重演。果不其然，第一次爆炸从山顶呼啸而过，另一起爆炸紧随其后。几个星期以来，几乎每天都有充满火山灰的火山喷发，其规律性令人惊讶。每次爆炸前，都会有一阵强烈的地震震动地面。那么，地下水是如何驱动如此有规律的循环爆炸的？

爆炸性喷发一般由地面喷出的气态熔融岩石快速上升引起，就像从摇晃的瓶子里喷出苏打水一样。但2018年的爆炸事件并非如此。研究人员对喷发出的火山灰分析显示，它很可能是火山口壁或储层的粉碎岩石，而不是岩浆爆炸产生的新鲜熔融岩石。

相反，火山喷发的线索指向了另一种机制。到2018年6月，火山口周围的地表已经明显下沉。当时，科学家认为坍塌可能导致爆炸，但具体联系尚不清楚。为了获得更多线索，美国斯坦福大学的地球物理学家Josh Crozier和同事查阅了HVO通过密集的仪器网络收集的基拉韦厄火山12次爆炸中的地球物理数据。

地震仪捕捉到最微小的火山震动，而其他传感器则追踪次声，次声是一种频率太低而无法让人听到的波。这些数据揭示了地表的细微变化以及地下岩浆库的压力变化。该团队还开发了一个模型来解释观测到的行为。

在这个模型中，当岩浆从遥远的裂缝中涌出时，山顶下的浅层水库会排水，在不稳定的岩石顶部下方形成一个不断增长的气穴。Crozier说，当一块1到2公里宽的岩石下沉填满下面的空间时，地震就会发出嘎嘎声。这种变化突然给岩浆室加压，将气体喷射到空中。然后，随着更多岩浆的流失，一个新的气穴开始出现，循环再次开始。

这种机制可能推动了基拉韦厄火山的爆炸，在过去1500年中，基拉韦厄火山至少发生了6次爆炸，威力大到足以将灰烬送入喷射流。加州大学伯克利分校的火山学家Michael Manga说，“踩踏火箭”也可能发生在其他火山上，尽管这种情况很罕见。例如，2022年1月，南太平洋一座水下火山Hunga Tonga Hunga Ha'apai发出巨大爆炸声，数千公里外都能听到。“可能是坍塌挤压了下面的岩浆，从而使喷发规模比其他情况下更大。”