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意大利地下的一座巨型火山正在苏醒

数百万人的生命可能面临危险,但尚不清楚“火焰之场”是否会以及何时会喷发

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从山顶修道院卡马尔多利隐修院(Hermitage dei Camaldoli)望去,大那不勒斯的城郊区坐落在一个巨大的火山破火山口之上,该火山口可能即将喷发。左侧的暗色山脊波西利波山(Posillipo Hill)是破火山口壁的一部分,破火山口横跨12公里。Russ Juskalian

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距离那不勒斯市中心喧嚣的脉搏仅10公里,与这座意大利城市令人印象深刻的火山石教堂和时尚的都市人形成鲜明对比的是,坐落着一栋方方正正的混凝土建筑。这个不起眼的政府前哨站内部,通过一对滑动玻璃门进入,是维苏威火山观测站的监测室,被92块平板屏幕发出的冷光照亮。每个屏幕上,包括那些灵敏到足以捕捉到路过公共汽车的地震设备在内的火山警报系统,都在实时闪烁和鸣响。房间中央有一张桌子。那张桌子中央放着一部红色的电话。

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每天24小时,每年365天,房间里至少有两个人,随时准备接听电话,并在发生与火山相关的紧急情况时向国家民防部门提供建议。

但维苏威火山,其标志性的锥形山体在那不勒斯东侧显眼地耸立着,并非唯一的担忧。一个潜在的更具破坏性的火山巨人在那不勒斯家门口不安地睡着:巨大的火山系统坎皮佛莱格瑞(Campi Flegrei)的破火山口,其名称意为“火焰之场”。

那不勒斯郊外的维苏威火山观测站的数十台监测器追踪地震和其他区域火山活动。观测站主任弗朗西丝卡·比安科(Francesca Bianco)指出设施同名火山附近的近期震动,但对大都市来说更大的威胁可能是坎皮佛莱格瑞,一个位于郊区下方的巨大破火山口,在左上角的显示器中可见。Russ Juskalian

如果它喷发,一些研究人员认为这种可能性越来越大,那将对意大利第三大城市及其周边乡村造成灾难性后果。破坏的影响也可能远远超出意大利,影响从航空旅行到农业的一切,火山灰会使欧洲和地中海的天空变暗。威胁来自西部,在一个坑坑洼洼、多山的地貌中,紧邻那不勒斯,就在一条长满迷人别墅的狭长山脊——波西利波山(Posillipo Hill)的另一侧。这座山的名字意为“消除烦恼的休憩之地”,却与它的形成故事相悖。波西利波山位于一个巨大的火山破火山口的边缘,要看到它的完整形状需要一个较高的有利位置。置身其中,你将无法看到它。这些破火山口是在火山系统以如此巨大的力量喷发时形成的, resulting crater, instead of merely being flattened, actually slumps downward into the ground afterward. 最强大的坎皮佛莱格瑞火山喷发,据信发生在近4万年前,向天空喷射了相当于300立方公里火山灰和粉碎的岩石。这次大规模喷发影响了全球气候,并可能帮助终结了尼安德特人的最后一搏。现在有迹象表明坎皮佛莱格瑞火山再次苏醒。在地表,破火山口散布着蒸汽孔,或称火山喷气孔。其中一个,波佐利硫质喷气孔(Solfatara di Pozzuoli),以其名字命名了排放硫磺的喷气孔——世界各地的此类喷气孔现在都称为硫质喷气孔。但正是硫质喷气孔一个不太知名的邻居,皮西亚雷利喷气孔(Pisciarelli),在2009年引起了关注。曾经微不足道的皮西亚雷利喷气孔开始咆哮,冒着泥浆和喷涌的蒸汽。这是一个迹象,表明地下正在发生一些事情。

火山学家乔瓦尼·乔迪尼(Giovanni Chiodini,穿红色衣服)带领参观者游览皮西亚雷利喷气孔边缘,这是坎皮佛莱格瑞破火山口内日益活跃的火山喷气孔。Russ Juskalian

2012年,破火山口内的土地已经上升了近十年,开始加速上升。2016年末,一篇发表在《自然通讯》(Nature Communications)上的论文提出,这座火山可能正在进入一个新的、潜在危险得多的阶段。

只有一个问题:大型破火山口的动力学充其量只是个谜,重建导致坎皮佛莱格瑞火山过去喷发的步骤,与其说是科学,不如说是德尔斐式的解读。专家们无法就火山正在做什么达成一致,只知道它构成的威胁是真实的。

空中 坎皮佛莱格瑞火山的独特之处在于可以乘坐地铁抵达。事实上,从那不勒斯时尚的海滨区基艾亚(Chiaia)出发,只需两站即可到达破火山口。“你闻到什么了吗?”我的朋友伊曼纽尔·肖尔茨(Emanuel Scholz)说,他是一位德国地质学家,在一个温和的二月早晨出于职业好奇与我一同来到了破火山口。闻起来像硫磺味。

“这就是坎皮佛莱格瑞,”火山学家乔瓦尼·乔迪尼(Giovanni Chiodini)说,他在地铁站台上等着我们。“有些人认为只有索尔法塔拉才是火山,因为它有蒸汽冒出来。但这里全部都是火山。”他手臂划了一个完整的圆圈,示意我们周围的整个城市郊区。然后他指着通往维苏威火山观测站的道路。他指出,它也在破火山口内。

乔迪尼、肖尔茨和我挤进一辆动力不足的面包车,在弯曲缓慢的车流中艰难前行。我们的目的地是皮西亚雷利喷气孔,它位于一个小山坡上,就在一个人工足球场后面几米远的地方。(这种郊区平淡无奇的场景令人超现实。我能想象一个愤怒的体育老师,手扶着额头,又一个球被火山吞噬了。)

地质学家伊曼纽尔·肖尔茨和一名观测站工作人员在皮西亚雷利喷气孔旁聊天,它正在喷出气体和沸腾的泥浆,距离郊区足球场仅一球之遥。Russ Juskalian

当我们靠近喷气孔时,白色的腐蚀性蒸汽羽流刺激着我的鼻腔。我听到像发动机超速运转的低沉咆哮声。“几年前,”乔迪尼说,“这里只是涓涓细流。不像今天这样。”黑灰色的泥浆从喷气孔中心猛烈地冒出拳头大小的球状物,然后蜿蜒流向郊区的房屋。整个地方都弥漫着潮湿而充满不祥的气息。

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正是在这里和索尔法塔拉,乔迪尼相信他发现了火山苏醒的迹象。作为2016年《自然通讯》论文的主要作者,乔迪尼记录了从喷气孔,特别是索尔法塔拉喷出的气体分子构成发生的变化,这表明坎皮佛莱格瑞破火山口可能正在接近所谓的“临界脱气压力”(CDP),之后喷发的可能性会大大增加。

他的论点在于,当岩浆穿过地壳上升时,会经历一个称为减压的过程,在此过程中会释放出各种挥发性化合物的混合物。在临界脱气压力(CDP)点,这种混合物几乎完全转变为水蒸气。大量富含水的气体随后加热周围岩石中的热液系统。结果是:在岩浆和地壳表面之间的岩石层中传输的热量至少增加了十倍,从而削弱了它们。

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风向稍一改变,一团气体从火山喷气孔中涌出,吞没了乔迪尼。Russ Juskalian

在皮西亚雷利喷气孔主喷口上方的一小块露头处,观测站有两个监测系统,用于探测从破火山口逸出的热量和气体成分的变化。一个系统,藏在太阳能电池板旁边和一个小庇护所下,只不过是一个咖啡滤纸大小的圆顶。它每两个小时测量一次从地下渗出的气体。另一个是一台指向更高露头的红外摄像机。乔迪尼解释说,传入那里的岩石中的热量,可能是衡量破火山口活跃程度的一个好指标。

类似的监测站散布在破火山口各处。它们记录到的情况令人担忧:某些气体比例25年来呈下降趋势,表明正在发生减压,岩浆可能正在上升更接近地表;而过去15年来热量传递的增加则符合乔迪尼对临界脱气压力(CDP)将会是什么样子的模型。

来自破火山口的数据与巴布亚新几内亚和加拉帕戈斯群岛较小火山喷发前发现的类似趋势相平行。根据乔迪尼的说法,这表明坎皮佛莱格瑞的岩浆正在准备释放危险量的热量。一段时间内,坐落在地面的破火山口底部及其下方的岩石将像一个塞子一样,将所有东西 удержи。但是,如果持续增加热量并削弱岩石,塞子最终会失效。也许是灾难性的。

在地层中 朱塞佩·德纳塔莱(Giuseppe De Natale),一位受过物理学家培训并监测维苏威火山观测站火山的人,拥有与乔迪尼相同的数据。但他的结论却大相径庭。

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热传递和气体成分等测量值的变化不一定是危险信号;德纳塔莱及其同事在他们自己于五月发表的《自然通讯》论文中指出,大型火山系统中大多数此类骚动事件并不会导致喷发。

热度升级

德纳塔莱认为,真正令人担忧的不是减压的岩浆,而是地壳上不断累积的压力。要找到即将发生危险的迹象,他说,应该看地面:破火山口的故事写在数千年来土地的变形之中。

这份长期的记录要归功于附近城镇波佐利海滨附近仍然屹立的古罗马市场遗址中近2000年历史的柱子。这些柱子于1750年被发现,让科学家们感到困惑:它们布满了由一种名为“食石蜊”(Lithodomus lithophagus)的海洋软体动物钻出的孔洞。花了200年才解开这个谜团。当柱子随着破火山口地面的升降而在水中进出时,这些所谓的“食石”贻贝完成了它们的工作。

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通过对这些孔洞进行测年,科学家们重建了一段惊人一致的记录:破火山口内的地面一直以每世纪约1.7米的速度稳定下沉。除了破火山口地面短暂上升的时期。这种情况在过去500年里发生了两次。第一次开始于1538年破火山口最后一次小规模喷发前约一个世纪,那次喷发形成了一座134米高的山。第二次是火山学家们今天所担心的。

在他的办公室里,德纳塔莱给我看了一张当前上升的简单折线图。最显著的特征是,1969年至1972年和1982年至1984年间分别出现了1.7米和1.8米的急剧上升。后一次上升期间伴随着多次小地震——其中1984年最糟糕的一天发生了600次。在追踪破火山口地面运动速率的图表上,这些在短短地质瞬间发生的上升,表现为几乎垂直的线条。“但是看,”德纳塔莱兴奋地说,“从2005年开始的上升时期完全不同。”与之前的情况不同,这里的线条只是逐渐向上弯曲。

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索尔法塔拉是坎皮佛莱格瑞破火山口内的一个火山喷气孔,喷出富含硫磺的气体。Russ Juskalian

德纳塔莱的解释是,20世纪70年代和80年代的两次隆起很可能是由岩浆从地下8公里深处的岩浆房上升,形成城市下方约4公里处的一个较浅的岩床。当地壳受到挤压以容纳压力时,它发生破裂,导致了地震。但随后岩浆停止了移动,大约在2000年左右,较浅的岩浆层几乎完全冷却。

从1985年到大约2000年,破火山口下沉了近一米。自2005年以来,目前的缓慢隆起已经弥补了大部分海拔损失,但地震活动比以前的时期要少。

德纳塔莱说,一种观点是将20世纪70年代、80年代和现在的隆起事件视为独立事件。前两次已使地面变形超过目前隆起的两倍,所以肯定还没有什么值得担忧的。

但是,德纳塔莱说,如果这三个时期都是相互关联的呢?在这种情况下,破火山口底部就像谚语中的骆驼背:一个超重的骑手可能会导致这头可怜的动物脊椎弓起而不会造成永久性损伤。但是给骆驼装上足够的重量,最终即使是最轻的额外货物——也许是一根稻草——也会导致灾难。同样,破火山口底部的临界点可能不是由任何单一的位移决定的,而是由自该过程开始以来的总净位移决定的。

如果这种观点成立,喷发的风险并非由2005年以来的适度隆起决定,而是由1950年以来近4米的隆起决定。这意味着破火山口已经处于相当大的张力之下。问题是它还能承受多少。即使是德纳塔莱也无法给出答案。

索尔法塔拉附近被硫磺排放染成鲜黄色的岩石。Russ Juskalian

巨人的足迹 要理解坎皮佛莱格瑞火山为何构成如此不可预测和神秘的风险,需要一个远离现场的视角和一次历史课。或者,正如破火山口形成专家安东尼奥·科斯塔(Antonio Costa)告诉我的那样,“没有地质历史,你就无法了解当前的情况。”因此,在与乔迪尼和德纳塔莱共度几天后,肖尔茨和我加入了科斯塔和火山学家罗伯托·伊萨亚(Roberto Isaia),来到一座山顶修道院,那里可以俯瞰破火山口及其周边地区。

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在修道院后方,一个石砌露台展现出令人惊叹的半圆形山谷景观,山谷中心有清晰可见的火山口——这是破火山口在过去15000年里70次“小型”喷发留下的遗迹——再远处是那不勒斯湾深蓝色的水域。

当科斯塔展开我们正在看的地形图时,伊萨亚变得活跃起来。他的手指沿着波西利波山的山脊描绘,它弧形地伸入海洋,伊基亚岛就在我们对面。然后他从山谷的另一边描绘了一条线,形成了一个13公里宽的椭圆形。“那就是,”他说,“火山。”

中间那个杂乱无章、交通拥堵、四处蔓延的地方人来人往。我们可以看到圣保罗体育场,它是意大利第三大体育场,可容纳6万人。观测站也在某个地方。

“下面任何地方都可能发生新的喷发,”科斯塔说。

从卡马尔多利隐修院山顶修道院的眺望处,坎皮佛莱格瑞地区广阔的郊区一览无余;整个人口稠密区都位于地图上红色区域内,显示了破火山口一旦喷发,风险最大的区域。Russ Juskalian

他列出了坎皮佛莱格瑞的休眠期和不安期的年表。“我们不知道这是否是一个新纪元的开始,”科斯塔说,并指出其过去活动的不规律性。

我们正在观察的区域的一张风险概率图,基于过去5000年的火山喷发模型,看起来像一道彩虹般的同心颜料斑点,一个比一个大,手指状的条带从波佐利的一个震中向外延伸。每种颜色代表被火山碎屑流击中的年度概率,火山碎屑流是超热岩石和碎屑在重力作用下形成的,其运动方式很像雪崩。

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然而,对大那不勒斯地区真正的威胁是坎皮佛莱格瑞火山可能喷向天空的火山灰。盛行风模式意味着即使是中等规模的火山喷发,也会将其大部分喷出的火山灰直接落在那不勒斯居民的头上。如果火山灰足够多,城市周围的平屋顶就会开始坍塌。

在我旅行的最后几天里,这个场景一直萦绕在我的脑海中。当我们最终准备离开那不勒斯时,我转向肖尔茨,不好意思地承认,尽管可能不理性,但我感到一种回家的轻松。

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“我也是,”他回答。

后记还是序幕? 2016年底,随着乔迪尼研究的发表,媒体对坎皮佛莱格瑞潜在威胁的报道爆发。5月,德纳塔莱合著的论文再次引起警报。“即将爆发?”一家英国小报写道。“意大利的超级火山可能正在走向喷发,”另一家报纸警告说。但破火山口本身一直保持平静。

“地面稳定,地震活动几乎没有,”德纳塔莱在我的询问下通过电子邮件写道,问及骚动的原因。这篇论文并没有那么谨慎。它推测,坎皮佛莱格瑞的地壳可能只剩下不到一米的形变空间,“之后预计会发生喷发。”

研究团队通过仔细研究坎皮佛莱格瑞小地震和隆起的模式变化,并分析深钻项目中的物理应力标记,得出了这一结论。他们还将这些数据与其他火山的数据进行了比较,特别是巴布亚新几内亚同样大小的拉包尔破火山口中在1994年同时喷发的两个喷口。(得益于当地的防备措施,那次喷发只导致四人死亡。)

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他们的发现提供了一个模型,说明上升的岩浆和热水或气体囊如何分三个不同阶段拉伸破火山口下方的地面。在每个阶段,地面弹性都会降低。最终的“非弹性”阶段表明地壳已被拉伸到极限并布满小裂缝:坚硬并随时准备喷发。

一个监测站密切关注破火山口的活动。Russ Juskalian

作者写道,坎皮佛莱格瑞当前的隆起“表明地壳现在正接近从准弹性变形向非弹性变形的转变”。自1950年以来,破火山口底部已向上推高约4米。坏消息是,如果他们的模型正确,破火山口底部应在5到12.5米之间变得非弹性。这座火山不可预测的历史以及我们对破火山口火山总体运作方式的有限理解,使得我们无法知道这个极限是在几年、几十年内达到,还是永远不会达到。

这让那不勒斯人民面临两种关于潜在即将喷发迹象的相互矛盾的模型:一种来自乔迪尼,寻找临界脱气压力(CDP)和受热削弱的岩石;另一种来自德纳塔莱,侧重于弯曲到极限的岩石中积累的张力。对普通人来说,这听起来可能是一个两者都不可信的理由。然而,有一个领域两种模型确实达成了一致:坎皮佛莱格瑞的活动方式表明它正在412年来首次重新苏醒。

然而,破火山口火山的长期生命周期在很大程度上仍然是一个谜。两位研究人员都认为,坎皮佛莱格瑞的活动可能只是停止,火山会重新陷入沉睡,而不是像一个苏醒的巨人那样辗转反侧。问题是,直到它喷发——或者不喷发——没有人会知道。

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这种不确定性让我想起了我在那不勒斯街头漫步时那种不安的感觉,知道火山喷发的几率在统计上微乎其微,但却始终存在。但这同时也让我想到那不勒斯最吸引我的地方:无论条件如何,它似乎总能无限地持续生活。

这座城市两侧是火山,脚下是岩浆。它的教堂实际上是用火山灰建造的。我想,这几乎是一种反抗行为。

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[本文最初刊登于印刷版,题为“火焰之场”。]

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