研究地球表面下约 12 英里处沸腾的熔岩，可能有助于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，这些岩石首先熔化成液态岩浆的地下储层可能有助于预测喷发的爆炸性有多强。对火山喷发进行更准确的预测，可以拯救生命，并为人们争取更多时间逃离危险。
更深的岩浆
对科学家来说，预测火山何时可能喷发仍然非常困难。火山的行为不会长期保持一致。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。通常，火山喷发的预测是基于火山本身以及其下方几英里的地壳的活动。这一层地壳含有可能随时喷发的熔岩。然而，更深层岩浆储层中的活动尚未得到充分研究。
为了解这些更深的地下岩浆储层，伦敦帝国理工学院和布里斯托大学的一个团队研究了世界各地火山喷发的频率、成分和规模。他们查阅了九个国家（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）的 60 次最剧烈的火山喷发的数据。
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“我们研究了世界各地的火山，并比以往专注于喷发前储存岩浆的浅层地下岩腔的研究挖得更深，”论文合著者、伦敦帝国理工学院地球科学家凯瑟琳·布斯（Catherine Booth）在一份声明中说。“我们专注于理解我们脚下深处的岩浆源储层，那里的极高温度在 10 到 20 公里 [6.2 到 12.4 英里] 的深度将固体岩石熔化成岩浆。”
科学家们将这些全球数据与先进的计算机模型相结合，更深入地研究了地壳深处的岩石的成分、结构和历史。他们将其与从活火山收集到的信息进行比较，以便更好地了解岩浆如何在地下深处积聚和活动，然后在上升到火山的过程中穿过地壳。
“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，他们对可能驱动喷发的关键因素——浮力——有了新的认识。
“与先前的看法相反，我们的研究表明，驱动喷发的不是固液比例，而是岩浆的浮力，”布斯说。“岩浆的浮力取决于其温度和化学成分与周围岩石的对比——随着岩浆的积累，其成分会发生变化，使其密度降低，变得更‘有浮力’，从而能够上升。”
当岩浆的浮力足以使其漂浮时，它就会上升并在上方的固体岩石中产生裂缝。然后，它会通过这些裂缝剧烈流动，引起喷发。
岩浆行为
除了确定岩浆浮力是驱动火山喷发的重要因素外，该团队还研究了岩浆在喷发前到达更浅的地下岩腔时的行为。据该团队称，如果岩浆在这里储存的时间更长，则会导致较小的喷发。
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人们可能认为较大的储层会引发更大、更具爆炸性的喷发，但研究发现，这些大型储层会散发更多的热量。这种热量散发会减慢将固体岩石熔化成液态岩浆的过程。该团队认为，储层的规模是更准确地预测喷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还富含二氧化硅。这种天然化合物已知在决定岩浆的粘度——即粘性——和爆炸性方面起作用。高二氧化硅含量的岩浆往往更粘稠，导致更强烈的喷发。
“通过增进我们对火山活动背后过程的理解，并提供揭示控制喷发因素的模型，我们的研究是朝着更好地监测和预测这些强大的地质事件迈出的关键一步，”论文合著者、伦敦帝国理工学院地质学家马特·杰克逊（Matt Jackson）在一份声明中说。
利用岩浆进行更准确的预测
据该团队称，这项研究的局限性包括他们的模型侧重于岩浆如何向上流动。他们模型中的源储层也只含有熔岩和晶体。
“然而，有证据表明，这些源储层中也存在水和二氧化碳等其他流体，并且岩浆可以侧向旋转和流动，”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改进这些模型。他们希望这最终能使科学家更准确地预测火山喷发，并更好地为未来的自然灾害做好准备。
