冰岛巴达本加喷发形成破纪录的破火山口 | Science 论文推荐
来源 GFZ 德国地球科学研究中心（GFZ GEOFORSCHUNGSZENTRUM POTSDAM,HELMHOLTZ CENTRE）
翻译 刘小鸥
审校 紫苏
冰岛巴达本加火山（Bardarbunga）喷发打破了多项记录。2014 年的喷发事件是欧洲 240 年来最剧烈的火山喷发。喷发所形成的洞（即所谓的“破火山口”，caldera ）也是迄今为止记录到的最大破火山口。一个包括 GFZ 德国地球科学研究中心等多个研究机构的国际科学家团队对喷发进行了史无前例的细致研究。近日，该团队将成果发表于 2016年7月14日的《科学》（Science，论文信息见文末）杂志，论文的第一作者是冰岛大学的 Magnus T. Gudmundsson。
自 2014 年 8 月至 2015 年 2 月，巴达本加破火山口在冰岛中心形成。破火山口是直径达 1 至 100 千米的壶形火山构造。它们由火山喷发中地下岩浆库塌陷形成。由于破火山口的形成并不常见，人们对其认识仍十分缺乏。此项研究中，科学家运用卫星图像、地震与地球化学数据、GPS 数据及模型进行了深入细致的研究。
沉降过程由 12 千米深岩浆库的岩浆的横向侵入引发。火山喷发前岩浆沿着一 45 千米的地下流径流动，是火山东北部的主要熔岩流。沉降伴随着 77 次超过里氏 5 级的地震。
研究中，科学家发现了充满冰的碗状沉降带如何在 6 个月期逐渐发展至 8×11 千米宽、65 米深。GFZ 负责模型研究的 EoghanHolohan 博士说：“这是目前监测到的最大破火山口，面积达 110 平方千米。研究对这一神秘的地质过程的开始及演化提供了最清晰的描述。”
摄于 2014 年 10 月 24 日自南面的巴达本加破火山口鸟瞰图。破火山口已发展为11千米长、8千米宽，深达 65 米。
Sebastian Heimann 博士（GFZ）运用地震学方法研究塌陷的潜在机制。“火山喷发中震波的典型结构能够用于推断岩浆库上方的变形类型。”他的分析结果表明，陡倾的环形断层控制着深层沉降。
另一惊喜的结果是，科学家发现岩浆在地下流径中是如何表现的。“有趣的是，喷发地与岩浆库在液压上的耦合超过 45 千米”，GFZ 的 Thomas Walter 博士表示。他比较了液管水平的影响。喷发地的震颤与地震冲击会传导至另一端的岩浆库，反之亦然。
沿岩浆库与地面间横向地下流径的截面示意图。岩脉形成于 2014 年 8 月。推断出的岩浆库位于基岩破火山口床之下 12 千米。岩浆很有可能在 6 至 10 千米深度之上形成岩脉之前首先沿环状断层上升。研究团队通过地压测定法，约束了岩浆库深度（如图中白箭头所示），同时大地测量学的结果如图中蓝箭头所示。
岩浆库位于欧洲最大冰川瓦特纳冰川（Vatnajokull）下，破火山口中充满冰。Thomas Walter 表示：“该事件是‘不幸中的万幸’，因为喷发本可能发生于冰正下方。那样会产生蒸气爆炸，伴随的火山灰云更大，其喷发时长甚至会超过 2010 年的艾雅法拉火山（Eyjafjallajokull）喷发。”要知道，巴达本加喷发在数月间喷出 2 立方千米的火山物质，几乎超过艾雅法拉喷发的 10 倍。
随着不断地收集数据，地学科学家们希望能够获得对破火山口形成机制的深入了解。与该类过程相关的喷发事件能够远超过观测到的冰岛喷发。如美国黄石或安第斯山地区的灾难性事件可能发生。就在 200 年前，印度尼西亚坦博拉火山（Tambora）的喷发与随后破火山口的形成造成了在全球可测量到的大气冲击波以及致命的海啸。1816 年，平流层中的火山气溶胶与火山灰带来了臭名昭著的“没有夏天的一年”。
原文链接：
论文基本信息
【题目】Gradual calderacollapse at Bárdarbunga volcano, Iceland, regulated by lateral magma outflow
【作者】M. T. Gudmundssonet al
【刊期】Science vol. 353no. 6296
【日期】Published 15 July 2016
【doi】10.1126/science.aaf8988
【摘要】Large volcanic eruptionson Earth commonly occur with a collapse of the roof of a crustal magmareservoir, forming a caldera. Only a few such collapses occur per century, andthe lack of detailed observations has obscured insight into the mechanicalinterplay between collapse and eruption. We use multiparameter geophysical andgeochemical data to show that the 110-square-kilometer and 65-meter-deepcollapse of Bárdarbunga caldera in 2014–2015 was initiated through withdrawalof magma, and lateral migration through a 48-kilometers-long dike, from a12-kilometers deep reservoir. Interaction between the pressure exerted by thesubsiding reservoir roof and the physical properties of the subsurface flowpath explain the gradual, near-exponential decline of both collapse rate andthe intensity of the 180-day-long eruption.
内容合作请联系
keyanquan@huanqiukexue.com,
或者给010-85321181打电话。
这里是“科学美国人”中文版《环球科学》服务科研人的微信号“科研圈”。我们：
· 关注科学进展与科研生态
· 推荐重要前沿研究
· 发布科研招聘
· 推送学术讲座与会议预告。
欢迎长按二维码关注。