去年，东北太平洋最活跃的海底火山爆发，引发了俄勒冈州海岸以南 300 英里处的 200,000 多次地震。
这座名为轴向海山（Axial Seamount）的火山的剧烈活动，被一个新建立的水下观测站记录了下来，该观测站名为“海洋观测计划有线阵列”（Ocean Observatories Initiative Cabled Array），在移动的岩浆引发地震之前刚刚投入使用。
这是一个实时目睹火山爆发的绝佳机会——研究人员实际上能够预测到火山爆发的发生。在周四发表于《科学》（Science）杂志的两篇论文中，研究人员描述了此次火山爆发的观测结果。
在第一篇论文中，Scott Nooner 和同事描述了之前对该火山爆发的观测如何使研究人员能够预测其将在 2015 年爆发。轴向海山近期历史上曾爆发过三次：1998 年一次，2011 年一次，2015 年又一次。每次爆发之间，海底会随着地表以下的岩浆房充入岩浆而膨胀。然后，当达到临界点时，就会爆发、萎缩，并重新开始充填。
Nooner 说：“我们很长时间以来一直在测量这座火山的变形。我们在 1998 年看到了火山爆发，期间海底下降了约 3.5 米（11.5 英尺）。这是火山地表高程的一次巨大下降，然后它又缓慢地开始再次膨胀。”
火山地表以每年约 6 英寸的速度持续上升，直到 2011 年再次爆发。但它萎缩的幅度不大，并且膨胀的速度突然增加到每年不到 24 英寸。利用过去爆发的数据，Nooner 和同事能够预测该火山将在 2015 年爆发，事实也的确如此。
这座火山现在正在重新膨胀，其速度介于科学家在 1998-2011 年间看到的缓慢稳定时期和 2011-2015 年间的快速膨胀之间。Nooner 估计，如果目前的膨胀速度——每年约 19 英寸——持续下去，下一次爆发可能在 3 年后。
但海底的数据不仅告诉研究人员火山爆发的时间，还告诉他们爆发是如何发生的。Nooner 说：“通过观察地表的变形模式，我们可以看出岩浆被注入到火山下方的近乎垂直的通道中，这就是导致膨胀的原因。”在爆发本身期间，当熔岩喷涌到海底时，该通道也成为了岩浆的通道。
2015 年轴向海山的爆发伴随着剧烈的震动。在第二篇《科学》论文中，William Wilcock 和同事描述了他们从 2015 年的爆发中了解到什么。他们的数据来自有线阵列，这是一组永久连接到电源的科学仪器，使其能够无限期运行，进行长期观测。
Wilcock 说：“要在火山爆发时自主部署仪器进行记录非常困难，因为很难预测它们何时会发生。你需要一个在此基础上运行约十年的网络才能捕捉到一次。”先前的自主仪器监测火山爆发的尝试效果不佳，因为它们的电源需要补充。尽管 Nooner 的研究取得了成功，但火山爆发历来难以预测。在一次研究另一座火山的先前任务中，由于传感器被熔岩淹没，研究曾一度受阻。
这就是有线阵列的作用所在。Wilcock 说：“这条电缆基本上使我们能够部署仪器数十年，并观测多个火山周期。”
由于该阵列于 2014 年启动，Wilcock 和同事能够看到这些爆发周期的尾声，当时随着火山爆发的临近，阵列上的地震仪每天记录到 2,000 次地震。现在，Wilcock 和其他人正在观察该阵列，以了解火山在休眠期间的表现。
他们已经看到了一些有趣的结果。在这篇论文中，Wilcock 等人发现，在低潮时地震数量急剧增加，此时火山上方的水压减小，断层更容易移动。他们还能够“窥探”火山内部，并为关于其构造的长期争论增加了一些额外的数据。在该火山的地点有一个环形断层，这是一个围绕其内部的圆形裂缝。
Wilcock 说：“关于环形断层如何运作一直存在争议。”通过利用地震作为一种声纳来“窥探”地震中心，他们能够确定在轴向海山爆发期间，活动的环形断层向外倾斜，几乎像一个交通锥。“随着火山膨胀，它会将火山两侧向外推，就像把一个软木塞塞进瓶子里一样，然后当火山爆发时，它会塌陷，整个火山就会坍塌。”
这很重要，因为多年来一直有人争论在火山爆发期间是向内倾斜（想象一下：冰淇淋筒）还是向外倾斜的环形断层是活跃的。至少在这座火山上，看起来向外的环形断层更活跃。
轴向海山尽管复杂，但被认为是一座相当简单的火山，没有太多的附加因素会干扰研究。轴向海山的岩浆只需短距离即可到达地表，而陆地火山的岩浆则需要穿过地壳的更多英里才能喷出。这使得轴向海山成为研究火山运作基本科学的理想地点，研究人员期待着利用有线阵列来回答关于地球上最不稳定岩石的一些基本问题。
Nooner 说：“如果你仔细观察火山，我们并不了解它们是如何运作的。我们并不真正了解岩浆在火山下的储存或移动方式，我们不知道是什么驱动着整个系统，我们不知道是什么控制着岩浆从地幔进入岩浆房的速度，我们也不真正了解触发火山爆发的物理学。”
有很多东西需要学习，但幸运的是，火山研究似乎即将爆发。
