图片来源:Sandro Santioli/Focus/eyevine
当波音747飞向阿拉斯加南部积雪覆盖的山脉时,机舱内烟雾弥漫。所有四个发动机都已关闭,飞行员需要八分钟才能重新获得对飞机的控制权。机上没有人受伤,但他们与正在喷发的火山非常接近。喷气式飞机飞过火山灰云。
像1989年这样的突发事件表明,为什么地质学家长期以来一直试图预测火山爆发:保护地面和空中的人。现在,科学家们正朝着这一目标迈进了一步。
佛罗伦萨大学的地球物理学家Maurizio Ripepe及其同事创造了世界上第一个自动火山预警系统,该系统在西西里埃特纳火山爆发前约一小时向附近当局发出警报。该团队于上个月在《Journal of Geophysical Research: Solid Earth》杂志上描述了该系统。
该方法依赖于火山发出很吵闹的声音。火山发出的隆隆声和爆炸声听起来像喷气式发动机甚至是高音哨声,但它们也会产生人们听不到的低频次声波。与地震波不同,次声波可以传达数千英里,使科学家能够发现远处的火山爆发。当喀拉喀托火山于1883年在印度尼西亚爆发时,其次声信号在全球各地传播了两次。
泡泡和吱吱声
考虑到这一点,Ripepe和他的同事们转向欧洲最大的活火山埃特纳火山。起初,他们想要创建一个简单的系统,该系统可以使用来自现有次声传感器阵列的数据检测火山爆发,并自动提醒当局。但是当他们发现火山爆发之前经常产生次声波时,他们也就更有信心了,这使得预测成为可能。
尽管这一发现令人惊讶,但科学家们认为,鉴于埃特纳火山是一座露天岩浆的“露天”火山,这是有道理的。当火山爆发前气体从岩浆中升起,导致火山口的空气来回晃动,产生像木管乐器那样的声波。就像乐器的声音取决于它的形状一样,火山口的几何形状也会影响它可以产生的声音。
该团队于2010年初建立了预警系统,并分析了其在未来八年内59次火山爆发期间的表现。该系统是一种分析来自传感器阵列次声信号的算法,成功地预测了其中的57个事件,并在火山爆发前一小时向科学家发送了信息。扩展测试非常成功,2015年,科学家们对该系统进行了编程,向罗马的Italian Civil Defense和卡塔尼亚西西里城市自动发送电子邮件和短信提醒。
阿拉斯加火山天文台的地球物理学家John Lyons说,比起需要专家预先审查信息作出的预测,自动警报系统更快地播放警告。对于火山附近的社区来说,或者飞行速度超过每小时800公里喷气客机中的乘客,时间至关重要,。 “你很快就覆盖了很多地面,所以如果有一片突然出现的火山灰云,那么飞行员需要尽快知道这些信息。”他说,“每分钟都很重要。”
全球警告
尽管Lyons担心误报的可能性,但他表示该系统是向前迈出的关键一步,不仅对于埃特纳火山,而且对于全球范围内类似的火山也是如此。
阿拉斯加火山天文台的地球物理学家David Fee说,可能包括基拉韦厄火山,这是一个位于夏威夷大岛上的露天火山,这个火山在今年夏天持续爆发了几个月,摧毁了整个街区。但研究基拉韦厄的Fee说,它在某些关键方面与埃特纳不同。基拉韦厄火山爆发可能源自火山峰,其侧翼区域称为东裂谷区。埃特纳火山的内部管道要简单得多,它的顶峰才会爆发。
因此,Lyons说,阿拉斯加的帕夫洛夫山(Mount Pavlof)是美国最活跃的火山之一,可能是对早期预警系统的更好测试。帕夫洛夫山具有与埃特纳火山相似的结构,并且在火山爆发最活跃的阶段之前,次声活动也有类似的增加。它的频繁活动也可以为研究人员提供大量的观察结果,以便调整他们的算法来预测火山爆发。
Ripepe和他的同事们开始在冰岛测试他们的预警方法。科学家们与雷克雅未克的冰岛气象局合作,在岛上安装了五个传感器阵列,用于监测来自多个火山的次声波。其中包括著名的埃亚菲亚德拉冰盖(Eyjafjallajökull),上一次火山喷发是在2010年,那次喷发导致欧洲西北部的空中交通中断了数周。
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