2018 年 6 月 26 日，加拉帕戈斯群岛伊莎贝拉岛上巨大的沉睡乌龟脚下的土地开始颤抖。不久之后，巍然屹立在岛上的 Sierra Negra 火山 开始喷发。在接下来的两个月里，火山喷发出的熔岩足以覆盖 约 19 平方英里 的区域。
这并非 Sierra Negra 首次喷发：仅在过去一个世纪里，它就已喷发至少七次。但 2018 年的事件之所以特别，是因为地质学家早在 1 月份就已预测到这次喷发日期。事实上，他们几乎精确地预测到了喷发的日期。
这无疑是一次幸运的预测。现在，在今天发表于《科学进展》期刊上的 一篇论文 中，他们找到了预测精确的原因——以及如何让模拟再次获得成功。Sierra Negra 只是一个人口稀少的群岛中的一座火山，但当世界各地数亿人 居住在火山危险区域 时，将这些预测应用于其他火山口将拯救无数生命。
[相关：20 世纪 30 年代探险队深入活火山]
“还有很多工作要做，但是……在未来几十年里，火山预测可能会成为现实。”伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校地质学家、该论文作者之一的 Patricia Gregg 说。
火山喷发预测 就像天气预报 一样。变量和活动部件众多，在试图预测未来的同时，描绘出当下的景象变得越来越困难。你可能相信明天的天气预报，但你可能不太愿意相信一周后的天气预报。
这使得 Gregg 和她的同事对 Sierra Negra 的预测——喷发前五个月——显得更加幸运。尽管那时火山已经开始隆隆作响，地震活动剧增，但预测者们自己也承认这是一次冒险。
Gregg 说：“这本来就只是一个测试。我们并没有对预测的准确性抱太大希望。”
但 Sierra Negra 是完善火山预测的理想实验室。因为它每 15 到 20 年喷发一次，所以受到密切关注，厄瓜多尔和世界各地的科学家一直在监测它。到 2017 年，他们的仪器已经检测到新的隆隆声，预示着未来的喷发。
[相关：火山摧毁了实验室，科学家如何继续研究火山]
专家们知道，像 Sierra Negra 这样的火山在下方岩浆库积聚时会喷发。当越来越多的岩浆挤压周围的岩石时，会给地球施加越来越大的压力。最终，总会有东西会屈服。岩石破裂，岩浆开始喷涌而出。如果地质学家能够确切地了解岩石是如何破裂的，他们就能预测破裂点可能何时发生。
Gregg 和她的同事们依靠天气或气候预报员熟悉的方法：他们将火山地面活动的观测数据与模拟预测相结合。然后，他们使用 Sierra Negra 地下雷达卫星图像来观察膨胀的岩浆库的动态，并在超级计算机上运行模型以了解接下来的情况。
根据 2018 年 1 月岩浆的膨胀情况，他们的预测显示可能在 6 月 25 日至 7 月 5 日之间发生喷发。在接下来的几个月里，水位以相同的速度持续上升——喷发于 6 月 26 日开始，正好在预定时间。
Gregg 说：“如果在这些月份里发生了任何变化，我们的预测就不会奏效。”
爱丁堡大学地质学家、曾研究过 Sierra Negra 但未参与该论文的 Andrew Bell 说：“作者的预测与喷发开始的紧密巧合一定涉及一些好运，但这本身就告诉了我们一些信息。”
因此，在随后的几年里，Gregg 和她的同事们回顾了他们的计算，以确定他们哪些方面做得对——以及“一些信息”可能是什么。他们使用实际喷发的数据进行了更多模拟，以查看他们能接近现实的程度。
他们发现，2018 年初的岩浆积聚相对稳定。到 6 月下旬，岩浆库对火山底部施加了足够大的压力，引发了一场中等强度的地震。这似乎是压垮骆驼的最后一根稻草，导致岩石破裂，岩浆得以流出。
这种通过模拟历史现象来检查预测模型准确性的做法，在气象学中有时被称为“事后验证”（hindcasting）。除了 Sierra Negra，Gregg 和她的同事们还研究了来自 苏门答腊、阿拉斯加 以及 喀斯喀特海底 的过往喷发。
但是，能否将相同的预测技术应用于世界不同地区？每座火山都是独一无二的，这意味着地质学家需要调整他们的模型。然而，通过这样做，Sierra Negra 研究的作者们发现了一些关于地面运动如何转化为喷发几率的共性。
更好的预测模型也意味着科学家们在努力使模拟与现实世界条件相匹配的过程中，能更多地了解导致火山苏醒的物理过程。Bell 说：“在事件发生之前做出真正的定量预测是一件困难的事情，但努力尝试很重要。”
