超級火山未爆彈

yufenlin@G

	【欲閱讀更豐富內容，請參閱科學人2019 年第 208 期 06 月號】 火山爆發內情不單純！針對北美聖海倫斯火山的新研究發現，火山底下的岩漿通道比原本所想的複雜。探究管道分佈及火山活動跡象，有助提升火山爆發預警能力。 撰文／歐爾森（Steve Olson） 翻譯／邱淑慧 1980年5月18日清晨，來自美國俄勒岡州波特蘭市的自由攝影師愛德華斯（Arlene Edwards）和19歲的女兒喬琳開車越過哥倫比亞河，抵達華盛頓州西南部一處較高的岩石露頭。她們架好相機，開始觀看美國西部喀斯喀特山脈（Cascade Range）中的聖海倫斯火山（Mount St. Helens）。這座火山兩個月來持續噴發火山灰和蒸氣，周遭山脊上有數十位來此觀看的人，他們都認為自己與火山保持安全距離。那是個美好的週日早晨，空氣溫暖而且晴朗無雲，在沾染著灰燼的冰河下方，是壯觀而駭人的火山。 突然，聖海倫斯火山北側整片山壁開始崩落，滑入旁邊的山谷。前一刻還是山坡的地方爆出憤怒的灰雲，空中滿是碎裂岩石和熱氣。這團雲氣急速膨脹、佈滿東側天空，並且衝向愛德華斯母女。當雲氣撞擊她們所在的觀景點，愛德華斯遭炸飛300公尺，喬琳則因吸入火山灰而窒息死亡，陳屍在母親墜落的地點附近。周遭另有55人傷亡，受害者遠遠超過地質學家所預料。 超過35年後，在距離當初愛德華斯母女站立處不到幾百公尺的地方，華盛頓大學的地震學研究生烏爾柏格（Carl Ulberg）跪在重新長出的森林綠地裡。在他前方有個半埋於土地的大型塑膠冷卻器，佈滿塵土的蓋子就像通往地底的下水道蓋口。他伸手拿出裡面糾結的電器和電線，並取出記憶卡。遠處的聖海倫斯火山在陽光照耀下閃閃發光，最近一波2004~2008年噴發的岩漿，冷卻後填充了部份的火山口。烏爾柏格把記憶卡放進他帶來的塑膠盒，記憶卡儲存了六個月以來火山底下的震動記錄，烏爾柏格接著把新的記憶卡放進儀器。他看向火山說：「我們用這樣的方式探究那裡正在發生的事。」 這個地震站和其他散佈在聖海倫斯火山周遭的69個地震站，三年來記錄了地底下由火山爆發和板塊活動引起的震波，甚至是遠方海浪拍打海岸造成的微弱震動。聖海倫斯火山下岩漿管道成像計畫（Imaging Magma Under St. Helens, iMUSH）部署了這些地震站，目的是追溯岩漿從地球內部移動到地表的路徑；iMUSH是這類研究中最具野心且最為全面的，研究結果呈現出人們從未見過的地底世界。一般認為，火山下方深處有一座岩漿庫，藉由一根像吸管的管道通到地表。但在聖海倫斯火山下方，岩漿流經多座相連岩漿庫，並在其中經歷化學變化，進而促成猛烈爆發。岩漿在地球內部四處移動、繞過障礙物，並利用地球內部既存的斷層持續蓄積。岩漿移動造成的淺層與深層地震，可視為正在補充火山下的岩漿庫，進而引發未來爆發的跡象。 iMUSH的發現除了能保障喀斯喀特山脈火山附近（包括加拿大溫哥華以及美國西雅圖、波特蘭、雷諾和沙加緬度等地區）數百萬居民，還能幫助全球火山周遭的居民。1980年以來，火山爆發造成全球超過2萬5000人喪生，開發準確的災害預警系統刻不容緩。多數陸地火山和聖海倫斯火山一樣，由於板塊碰撞，使地球內部的熱上升到地表。iMUSH計畫目的之一是把研究發現應用到其他火山，包括型態相當不同的火山。美國地質調查所（USGS）的地質學家克萊尼（Michael Clynne）表示：「所有火山都是獨一無二的，但我們需要先全面了解聖海倫斯火山，才能了解別座火山。」 追尋岩漿來龍去脈 人類在地球鑽過最深的洞只有約12公里深，但火山根源比這深得多。如果你有一部鑽井機可以鑽到想要的深度，並且開始在聖海倫斯火山旁鑽探，在最初約70公里鑽頭碰觸到的是典型大陸岩石。接下來會發生令你吃驚的事：鑽頭會撞到含水的海洋岩石，其中還帶有海洋生物化石，那是北太平洋海床的一個小型板塊構造，在北美大陸邊緣隱沒到地球內部。隱沒作用是驅動全球火山活動的主要因素，當海洋板塊隱沒到大陸板塊下方，海洋板塊上覆的地殼（譯註：板塊包含地殼和部份地函）會因受熱產生岩漿並滲透到地表。海洋板塊隱沒到北美大陸不但形成了一長串火山帶，從加拿大卑詩省的蓋瑞巴迪山一路延伸到美國加州北部的拉森峰，也使喀斯喀特山脈上散佈數千座熔岩原和熔岩錐。 但在這約呈南北向的一排火山中，聖海倫斯火山顯現出一些奇特差異：它的位置偏西約48公里；以及震波研究顯示，它正下方的岩石溫度太低不足以產生岩漿。那麼這座火山是從哪裡獲得熔融的能量？聖海倫斯火山雖然位置較偏，卻是幾個世紀以來喀斯喀特山脈上最活躍的火山，19世紀初期幾乎連續噴發數十年，在約1480年時也曾猛烈爆發，規模是1980年爆發的好幾倍。 iMUSH成員表示，他們藉由追溯火山岩漿「從板塊到地表的路徑，試圖尋求對這個奇怪現象的解釋。」計畫主持人之一、華盛頓大學地球物理學家克里格（Ken Creager）說：「我們正利用能取得的所有工具嘗試釐清。沒有一項技術可以讓我們達到目的，但我們希望，全面運用這些工具能說明岩漿移動的來龍去脈。」 2016年12月，幾十位iMUSH的研究人員聚集在美國舊金山，與會者都稱自己是地質學家，但地質學有許多分支，這些研究人員大多對其他人的研究細節所知有限。例如烏爾柏格是蒐集並分析震波訊號的地震學家，但這些學者中還有化學家、硬岩地質學家和地磁專家，他們討論了康乃爾大學地質學家亞伯斯（Geoffrey Abers）提出iMUSH的「觀察並比較」階段：了解彼此的研究結果，以檢視是否吻合。......