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南极熔岩湖会喷射“岩浆炸弹”?

2014-5-15 14:32:46 作者: 严炎 刘星

埃里伯斯火山远景。

2012年拍摄的埃里伯斯火山熔岩湖照片,当时熔岩湖宽大约为30米。

埃里伯斯火山浆湖喷发的热成像图片。

在南极洲埃里伯斯火山,有一个特别的熔岩湖。这个熔岩湖不仅会冒蒸汽,还不时地向外喷射熔岩炸弹——一种飞行的熔岩块。“我们认为熔岩湖位于岩浆房顶端,因此通过研究熔岩湖我们可以一窥火山内部的情况。”来此测量火山斜坡的美国新墨西哥州索科鲁新墨西哥科技大学火山学家菲利普·凯尔说。自20世纪60年代晚期凯尔就开始研究埃里伯斯火山。

埃里伯斯火山自20世纪70年代起就一直非常活跃。在过去的40多年间,每逢南极洲短暂的夏天到来时,都有像凯尔这样的研究人员来此工作,并安装一系列的检测设备,这也使得埃里伯斯火山成为世界上安装精密设备最多的火山之一。

科学家们发现,熔岩湖就像一头沉睡的巨龙一样,会进行规律性的肿胀和搅动。“我认为埃里伯斯火山在自由均匀的呼吸,但是别人批评我说埃里伯斯火山只是在呼气。”凯尔说。

凯尔的合作者、英国剑桥大学火山学家克莱夫·奥本海默几年前首次注意到熔岩湖具有一种规律性的特征。全部的气体量——主要是相同量的二氧化碳和水,夹杂着少量二氧化硫和氯化氢——以10分钟为周期规律涨落。此外,气体的组成成分也会以相同的周期发生转变。

然而,短暂的夏季研究意味着科学家们无法确定这个现象是否只发生在夏季,沉睡的巨龙可能也会在冬天苏醒。

而现在,尽管是气候恶劣的冬季,科学家们也可以观察火山的变化。因为在火山上,早已全年安装了各种设备,从地震监测器到红外照相机。这些设备还能追踪火山表面的凸起和下沉,调查地下的岩浆活动,监听次声波并嗅探逃逸到空气里的气体。这也使得科学家们可以充分证实熔岩湖的这种循环在全年范围内都在持续进行,周期从5分钟~18分钟不等,这项研究被发表在2014年的期刊《地球与行星科学快报》上。

“这种特性非常恒定,对火山来说是非常罕见的。”研究首席作者、英国剑桥大学地球物理学家尼尔·彼得斯认为。最新的研究还发现了熔岩湖其它有趣的特性。例如,在10分钟的气体循环期间,熔岩湖的表面会升起或降落2米~3米。湖面冷却的岩浆会破裂并向外流动,移动速率和波动的气体相一致。

熔岩湖非常罕见,因为火山必须持续向表面供应岩浆。目前,地球上只有4个长久存在的熔岩湖,分别位于埃里伯斯火山、夏威夷基拉韦厄火山、埃塞俄比亚去尔塔阿雷火山和刚果民主共和国尼拉贡戈火山。

埃里伯斯火山的岩浆类型非常罕见,名为响岩,它的粘性是夏威夷奇劳威亚火山和埃塞俄比亚去尔塔阿雷火山玄武岩的100倍。埃里伯斯火山是惟一一个具有响岩岩浆的活跃火山,它的“双胞胎兄弟”位于东非大裂谷的吉力马札罗山。两者都是从裂缝升起的非常陡峭的圆锥形响岩火山。从位于南极海岸的麦克默多站和新西兰斯科特基地都可以看到埃里伯斯火山。

对埃里伯斯火山熔岩湖进行长期观测是非常宝贵的研究,它们提供了实时监测岩浆系统的窗口,美国地质调查局夏威夷火山观测台火山学家马特·帕特里克说:“彼得斯的研究数据获得表明对活跃熔岩湖的详细观察迈出了重大一步,这归因于他们对熔岩湖活动进行的细致研究。”

在获得了大量数据后,埃里伯斯研究小组的成员准备实现下一个重大目标:解释火山活动的工作原理。当熔岩湖出现巨大的气体泡沫并爆破时,火山就爆发了,并将大量岩浆喷射至周围斜坡上。有些火山的熔岩炸弹大小相当于公交车。埃里伯斯火山喷出物的组成成分有所不同,调查人员认为这种差异意味着发射熔岩炸弹的气泡来自于火山更深处。对上层和低层火山喷流物的电脑建模将帮助解释这些奇特的行为,并提供其它火山内部工作原理的新见解,彼得斯说。

然而,科学家们仍面临一些困难。“本质上来说,我们尚未获得岩浆所有可测量的特性。”彼得斯说,“即使是岩浆温度数值也只是我们的猜想——我们从未对其直接进行测量,部分原因在于这个熔岩湖位于100米深的陨石坑内。”△

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