“浮力”岩浆为火山威力提供线索

研究地球表面以下约 12 英里处沸腾的熔岩可以帮助科学家更好地预测火山活动。根据 5 月 10 日发表在《科学进展》杂志上的一项研究，这些地下水库是岩石首先熔化成液态岩浆的地方，可能有助于预测火山爆发的爆炸性程度。更好地预测火山爆发可能会挽救生命 让人们有更多的时间脱离危险。

更深的岩浆

预测火山爆发的时间对科学家来说仍然相当困难。火山不会长时间表现出相同的行为。许多火山的喷发历史可以追溯到人类出现之前，因此很难追踪它们的喷发间隔。火山喷发通常是根据火山的活动和其下方地壳的上部几英里来预测的。这层地壳含有可能随时喷发的熔岩。然而，较深的岩浆库中的活动尚未得到很好的研究。

为了进一步了解地下岩浆库，伦敦帝国理工学院和布里斯托尔大学的团队研究了世界各地火山爆发的频率、成分和规模。他们审查了阿根廷、智利、萨尔瓦多、印度尼西亚、日本、新西兰、尼加拉瓜、俄罗斯和美国等九个国家 60 次最剧烈火山爆发的数据。

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“我们研究了世界各地的火山，挖掘深度比以前的研究要深，以前的研究主要关注火山爆发前岩浆储存的浅层地下洞穴，”研究合著者、伦敦帝国理工学院地球科学家凯瑟琳·布斯在一份声明中说。“我们专注于了解我们脚下深处的岩浆源储层，那里的极端高温将固体岩石融化成岩浆，深度约为 10 至 20 公里 [6.2 至 12.4 英里]。”

科学家将这些全球数据与先进的计算机模型相结合，以更深入地研究地壳深处岩石的成分、结构和历史。他们将这些数据与从活火山收集的信息进行了比较，以更好地了解岩浆在穿过地壳上升到火山之前，如何在地下深处积聚和活动。

浮力岩浆

利用这些数据，研究人员创建了计算机模拟，模拟了地球深处岩浆流动和储存的复杂过程。通过这些模拟，他们对可能推动火山喷发的关键因素——浮力有了新的认识。

“与之前的观点相反，我们的研究表明，岩浆的浮力，而不是固体和熔融岩石的比例，才是火山喷发的驱动因素，”布斯说。“岩浆的浮力由其温度和与周围岩石相比的化学成分决定——随着岩浆的积累，其成分会发生变化，使其密度降低，使其更具‘浮力’并使其上升。”

当岩浆变得足够浮起时，它就会上升并在上面的固体岩石上产生裂缝。然后岩浆会猛烈地流过这些裂缝，引发火山喷发。

岩浆行为

除了确定岩浆浮力是火山喷发的重要驱动因素外，研究小组还研究了岩浆在喷发前到达较浅的地下腔体时的行为。研究小组表示，如果岩浆在这里储存的时间更长，就会导致较小的喷发。

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较大的储层可能预示着火山爆发规模更大、爆发力更强，但研究发现，这些大型储层会散发更多热量。这种散发会减缓固体岩石熔化成液态岩浆的过程。研究小组认为，储层的大小是更准确地预测火山爆发规模的另一个关键。

研究还发现，火山喷发很少是孤立的。相反，它们是重复活动周期的一部分。他们研究的火山释放的岩浆也含有大量二氧化硅。这种天然化合物被认为在决定岩浆的粘稠度（或粘性）和爆炸性方面发挥着作用。高二氧化硅岩浆往往更粘稠，从而导致更强烈的喷发。

这项研究的共同作者、伦敦帝国理工学院的地质学家马特·杰克逊在一份声明中表示：“通过加深我们对火山活动背后过程的理解，并提供能够阐明控制火山爆发的因素的模型，我们的研究是更好地监测和预测这些强大地质事件的关键一步。”

利用岩浆做出更好的预测

研究团队表示，这项研究的局限性在于，他们的模型主要关注岩浆如何向上流动。模型中的源储层也只有熔岩和晶体。

“然而，有证据表明，这些源储层中也发现了水和二氧化碳等其他流体，而且岩浆可以旋转并侧向流动，”杰克逊说。

在未来的研究中，该团队希望通过纳入三维岩浆流并考虑不同的流体成分来完善这些模型。他们希望这最终能让科学家更准确地预测火山喷发，更好地应对未来的自然灾害。