火山喷发不可预测，但这些地质学家破解了密码

2018 年 6 月 26 日，加拉帕戈斯群岛伊莎贝拉岛上的巨型乌龟沉睡，地面轰隆隆。不久之后，岛上高耸的塞拉内格拉火山开始喷发。在接下来的两个月里，火山裂缝喷出的熔岩足以覆盖约 19 平方英里的区域。

这绝不是塞拉内格拉火山的第一次喷发：仅在过去一个世纪里，塞拉内格拉火山就喷发了至少七次。但 2018 年火山喷发的特别之处在于，地质学家早在 1 月份就预测了火山喷发的日期。事实上，他们几乎预测到了确切的日期。

可以肯定的是，这是一次幸运的预测。如今，在今天发表在《科学进展》杂志上的一篇论文中，他们已经弄清楚了为什么他们的估计会准确——以及如何让他们的模拟再次准确。塞拉内格拉只是人烟稀少的群岛上的一座火山，但当全世界数亿人居住在火山危险区时，将这些预测应用到其他火山口可以挽救无数生命。

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伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校的地质学家、该论文的作者之一帕特里夏·格雷格说：“还有很多工作要做，但......火山预报可能在未来几十年成为现实。”

预测火山喷发就像预测天气一样。由于变量和变化因素太多，在试图预测未来时，描绘出当下的景象变得越来越困难。你可能会相信明天的预报，但你可能不太愿意相信一周后的预报。

这使得格雷格和她的同事在火山爆发前五个月对塞拉内格拉火山的预测更加幸运。尽管那时火山已经开始发出轰鸣，地震活动也随之增多，但预报员们自己也认为这是一次赌博。

“这本来只是一次测试，”格雷格说。“我们不太相信我们的预测准确。”

但塞拉内格拉火山是调整火山预报的理想实验室。由于它每 15 或 20 年喷发一次，因此受到密切关注，厄瓜多尔和世界各地的科学家都在不断监测它。到 2017 年，他们的仪器再次接收到了火山喷发的隆隆声，预示着未来火山将再次喷发。

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专家们知道，当岩浆在下面的储层中积聚时，像 Sierra Negra 这样的火山就会爆发。随着越来越多的岩浆冲击周围的岩石，地球承受的压力也越来越大。最终，某种东西必须屈服。岩石破裂，岩浆开始喷涌而出。如果地质学家能够准确地了解岩石如何崩塌，他们就可以预测何时会出现断裂点。

格雷格和同事们采用了天气或气候预报员熟悉的方法：他们将火山地面活动的观测数据与模拟预测相结合。然后，他们利用塞拉内格拉地下地面的卫星雷达图像来观察膨胀的岩浆库正在发生什么，并在超级计算机上运行模型来了解接下来会发生什么。

根据截至 2018 年 1 月岩浆的膨胀情况，他们预测火山将在 6 月 25 日至 7 月 5 日之间喷发。在接下来的几个月里，岩浆水平一直以同样的速度上升——而火山喷发恰好在 6 月 26 日开始，正如预期的那样。

格雷格说：“如果这几个月内发生任何变化，我们的预测就不会正确。”

“作者的预测与火山爆发的时间非常吻合，这其中一定有好运，但这本身就说明了一些问题，”爱丁堡大学地质学家安德鲁·贝尔 (Andrew Bell) 说道。他曾研究过 Sierra Negra，但并不是该论文的作者。

因此，在随后的几年里，格雷格和她的同事们重新梳理了他们的计算，以确定他们得出的结论是否正确——以及“某些东西”可能是什么。他们使用实际火山喷发的数据进行了更多模拟，以查看他们得出的结论与现实有多接近。

他们发现，2018 年上半年，岩浆的积聚相对稳定。到 6 月底，岩浆库对火山底部施加了足够的压力，引发了一场中等强度的地震。这似乎是压死骆驼的最后一根稻草，岩石开裂，岩浆流过。

这种模拟历史现象来检查预测模型准确性的做法在气象学中有时被称为“后验预报”。除了塞拉内格拉火山，格雷格和她的同事还研究了苏门答腊、阿拉斯加和卡斯卡迪亚海岸水下的旧火山喷发。

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但有可能在世界不同地区使用相同的预测技术吗？每座火山都是独一无二的，这意味着地质学家需要调整他们的模型。然而，通过这样做，塞拉内格拉研究的作者发现了地面运动如何转化为火山喷发几率的一些共同点。

更好的预测模型还意味着科学家在尝试将模拟结果与真实情况相匹配时，可以更多地了解导致火山爆发的物理过程。“在事件发生之前做出真正的定量预测是一件很有挑战性的事情，”贝尔说，“但尝试很重要。”