40年前：圣海伦斯火山喷发的教训

这篇文章刊登在2020年9月/10月刊上，是《Discover》杂志40周年纪念系列报道的一部分。我们希望您会订阅Discover，并支持我们未来40年提供有价值的科学内容。

来自1980年10月刊

摄影师Michael Lawton回忆道：“当时山上一点声音都没有，只有那些看起来温和的蒸汽团。”他于4月中旬的一次徒步中前往拍摄圣海伦斯火山。尽管有警示信号——山顶升起白色的蒸汽——Lawton并没有感到害怕：“我记得我当时对自己说，这里会是个看它爆发的好地方。”

Lawton和他的当地山地向导背着背包，穿着雪鞋，在雪坡上艰难跋涉了五个小时，才到达了海拔一英里、距离冒烟的火山约八英里的有利位置。如果他们晚一个月，也就是在1980年5月18日——火山最猛烈喷发的那天——到达，他们将只有七分钟的时间，就会被席卷而来的炙热气体、火山灰和岩石吞没。Lawton说：“足够倒一杯最后的酒。”

四个月后，Lawton回到了离同一地点约一百英尺的地方，又拍了一张照片。他被眼前的景象惊呆了：曾经美丽的 terreno 变成了一片荒凉、类似火星的地貌。当然，并非完全荒凉。新的植物已经开始从火山灰中冒出来，而且自从喷发开始以来，该地区挤满了急切想利用圣海伦斯火山作为天然实验室来探测活火山内部运作的科学家们。他们的地震仪记录着每一次震动，载满仪器的飞机在上升的火山灰羽流中飞行，卫星则俯瞰着充满火山灰的大气层——这一切都是为了描绘这座火山独特的个性。

几个月来的火山观测正在奏效。该地点的地质学家们对5月18日爆发后发生的一系列温和喷发，已经有了一个相当不错的预测记录。“我们仍在努力尝试做出预测，”美国地质调查局（USGS）的地质学家Peter Lipman说。“我们取得了一些 apparent 的成功，但考验在于我们能否重复它们。”

地震活动仍然是主要的预测工具。圣海伦斯火山的许多喷发，以及其他火山的喷发，都 preceded by 和谐地震——地球的节奏性运动，被认为是由于山体深处岩浆（熔岩）的移动引起的。在8月7日的喷发前不久，地震在中午开始，并很快变得如此强烈，以至于官员们发出了疏散警报，要求人们撤离“红色区域”，该区域距离火山20英里。四个小时后，圣海伦斯火山喷发出高达44,000英尺的火山灰和蒸汽柱。

火山的隆起是暴力的另一个前兆。“在喷发前不久，我们会看到一个膨胀的模式，就像你在给气球充气一样，”Lipman说。“然后在喷发后，会出现一个反向模式——放气。”

通过将激光束射向放置在山上的反射目标，科学家们确定，在大爆发前的每一天，其北坡的扩张高达六英尺。此后，每日的形变测量值仅为零点几英寸。

从它每天喷出的数千吨气体和蒸汽中，可能会获得更多关于火山多变性质的有希望的线索。例如，在7月22日和8月7日的喷发之前，科学家们检测到排出的气体中二氧化碳与二氧化硫的比例发生了变化。在一个平静时期，火山排放的二氧化碳约为二氧化硫的14倍。但在8月7日事件发生前的几天里，这个比例稳步下降到大约三比一——科学家们还不完全理解其中的原因。“我们希望这个模式在未来几周内会再次出现，”密歇根理工大学地质学教授William Rose说。“那样我们也许能在喷发前24小时发出警告。”

气体排放也揭示了火山内部被困住的粘稠岩浆的信息，这些岩浆现在正在涌出形成熔岩穹丘。Rose说：“圣海伦斯的喷气排放率非常高，这表明大量的岩浆正在地表。一旦岩浆释放了所有的气体，这座山可能会开始喷出熔岩（就像熟悉的夏威夷火山那样），而不是爆炸性喷发。‘这是值得关注的，’Lipman说。‘圣海伦斯的地质记录表明，它在火山活动序列的后期曾进入过熔岩流阶段。’"

但是，对于这座火山，没有任何事情是确定的。“圣海伦斯火山有着广泛的表演曲目，”USGS圣海伦斯火山项目负责人Donald Peterson说。“它很可能会做它过去做的任何事情，但它也可能拿出一些新的节目。”

无论圣海伦斯火山做什么，USGS显然预计它将持续活跃很长一段时间。该机构已向国会申请了超过1100万美元的资金，以继续监测美国唯一一座活火山以及西北部喀斯喀特山脉的其他潜在爆炸性山脉。

2020年回顾：爆发之后

1980年5月18日，圣海伦斯火山横向爆发，尘埃久久未散。在一次5.1级地震导致火山顶部崩塌，成为有记录以来最大的山体滑坡后，一股火山灰、岩石和热气以超过300英里/小时的速度从其北部喷出。冲击波夷平了周围的森林，泥石流摧毁了数百所房屋。风将数百万吨火山灰带到了美国各地。总共有57人在这场喷发中丧生——其中大多数人因肺部被火山物质填满而窒息。

这场爆发也将引发科学领域的地震般的变化。在灾难中，圣海伦斯火山成为了研究火山活动的活体实验室。首先，它表明一次喷发可以由其他事件引发。在这种情况下，一次地震引发了山体滑坡，进而导致其下方的岩浆减压。这形成了一团碎片和气体云，撕裂了火山的侧面——这一系列事件教会了科学家们，其他火山也可能以类似的方式爆发。它还促使火山学家改进他们的监测工作，以帮助预测喷发。这种演变至今仍在继续：2019年，国会授权美国地质调查局开发一个预警系统，以监测全国范围内的危险火山，包括圣海伦斯火山。

学到的教训不仅限于火山学。几十年来，生态学家一直利用这座火山来研究生命如何在曾经被摧毁的环境中生存和恢复。科学家们观察到，爆炸区内的幸存者包括带有地下芽的植物、穴居动物以及其他被雪或地形保护的生物。虽然爆炸夷平了成片的树木，但泥石流形成了两个新湖泊和150多个池塘。如今，许多新水体中鱼类和青蛙繁衍生息；例如，太平洋树蛙在喷发后一年就开始栖息在池塘里。

如果1980年的科学家们知道我们现在所知道的，他们是否能够减轻圣海伦斯火山造成的破坏？我们可能永远不会知道。但40年后，很明显，科学——从火山学到生态学再到公共卫生——仍在从这座火山的重大事件中学习。——Alex Orlando