跟隨中國地震局專家認識「火熱」的夏威夷基拉韋厄火山
今年4、5月份美國夏威夷基拉韋厄火山可是實實在在「火」了一把，連續將近兩個月的噴發活動佔據了各大新聞媒體的頭條，同時也吸引了無數人的注意。基拉韋厄火山到底是如何噴發的，又是如何從一次次的火山噴發活動中「成長」起來的呢？下面讓我們跟隨地質專家王佳龍去詳細了解一下有關基拉韋厄火山的一些神秘信息吧。
作者簡介：王佳龍/中國地震局火山研究中心
基拉韋厄火山
19°25"16』』N 155°17"13』』W
當前火山警戒等級：IV級
當前航空顏色代碼：紅色
頂峰火口內部的熔岩湖面大幅下降
火山噴出一股強烈濃密的紅褐色火山灰柱。
基拉韋厄火山是現今世界上最為活躍的火山之一，根據全球火山計劃的資料顯示，在20世紀內該火山就噴發了53次，自1960年以來，已有30次噴發，自1983年以來幾乎一直在噴發，並造成了嚴重的經濟財產損失。
2018年4月23日當日的熔岩流覆蓋面積達16公頃，這是自2015年以來最大規模的熔岩流活動。隨後火山活動進一步加劇，警戒等級也提升至最高警戒。
本次火山活動主要集中在頂峰火山口和東部裂谷區，同時也是受災最為嚴重的兩個地區。尤其是東部裂谷區的Leilani和Lanipuna地區，地表出現了數條地裂縫，岩漿和火山氣體噴涌而出，破壞了多條公路和建築，數千人被迫遷移。
01
夏威夷群島
「停泊在大洋中最優美的一列艦隊。」
——馬克吐溫
從西北部的尼豪島到東南部的夏威夷島，夏威夷群島綿延約650公里，此島鏈是數千米高的海底火山高出海平面的部分。有些島嶼由兩座或多座火山組成，如下圖所示。圖中夏威夷島上的紅色區域表明過去兩個世紀以來火山爆發形成的熔岩流。夏威夷最新的火山L?"ihiSeamount位於海平面以下約950米。
-圖1夏威夷群島（Robert I. Tilling, et al. 2010）-
02
夏威夷島
夏威夷島是夏威夷群島中最大的島嶼，又稱大島（Big Island）；位於群島的最南端，面積10414平方公里。全島有豐富的火山活動，島上有五座盾狀火山，由北向南（由老到新）依次為：科哈拉(Kohala)、冒納凱阿(Mauna Kea)、華拉萊(Hualālai)、冒納羅亞(Mauna Loa)、基拉韋厄(Kilauea)。如下圖所示。
-圖2夏威夷島上五座盾狀火山DEM分布圖-
2.1夏威夷島上五座火山的情況簡介
03
基拉韋厄火山
基拉韋厄火山活動最早的文獻記載可追溯到1820年，裡面記錄了火山口和側翼火山噴發，期間伴隨著長期岩漿活動，並一直持續到1924年。東部裂谷區的岩漿活動開始於1983年，產生了超過100平方公里的熔岩，摧毀了近200座房屋，並使海岸線不斷地向大洋擴展。自1983年以來幾乎不斷地爆發，並造成了相當可觀的財產損失，包括1990年卡拉帕納鎮的毀壞。
2018年5月3日，火山噴發伴隨著Ms6.9的強烈地震，導致近2000名居民緊急撤離。 到2018年5月9日，火山噴發已經摧毀了Leilani地區的27座房屋。 2018年5月17日凌晨4:17，火山發生爆發，並將火山灰投擲到9.1千米的高空。
火山活動主要發生在該火山的Overlook火口和東部裂谷區。Overlook火口位於Halema』uma』u火山口東南緣，其活動主要表現為熔岩湖的升降運動、火口壁的坍塌和岩漿的飛濺；東部裂谷區是本次火山活動的重點區域，其活動主要表現為岩漿的溢出、裂隙的張開和氣體的噴出等等，整個區域是由若干個東西向的裂隙組成的一條熔岩裂隙帶，造成了多條公路受損停運，植被燒毀，房屋破壞等等，熔岩流還實時地改變著海岸線的面貌。
-圖3.1夏威夷島上的基拉韋厄火山（Robert I. Tilling, et al. 2010）
04
基拉韋厄火山的相關研究
4.1
基拉韋厄火山的爆炸
該火山的爆炸是非常常見的一種火山活動形式，同時也極具有危害性。爆炸首先會產生淺成地震，爆炸產生的衝擊波和地震波可能導致火口岩壁的崩塌滾落，落石滾落到熔岩湖內又會產生大量火山氣體，同時也會飛濺大小不一的岩石碎塊和火山彈。如果爆炸的比較猛烈，還可能引起火口沿的坍塌，引發火山碎屑流和熔岩流。有水參與的爆炸一般會比較猛烈，液體的水遇到炙熱的岩漿會瞬間氣化膨脹，通常會在火山頸的潛水位處發生爆炸。
-圖4.1（Don Swanson, Dick Fiske, et al., 2011）-
4.2
基拉韋厄火山的岩漿通道系統
本次火山活動主要集中在Halema』uma』u火山口及其東部裂谷區，其中Pu』u』O』o火口和Overlook火口，尤其是東部裂谷區的熔岩裂隙帶的活動非常活躍，產生了約22條裂隙，溢出了大量岩漿和火山氣體。這種現象應該是岩漿通過岩漿通道，從Halema』uma』u火山口下方的熔岩頸向東運移的結果。
-圖4.2 東部裂谷區橫向傳播路徑的概念模型。 （a）基拉韋厄和東裂谷區的橫斷面。 （b）關於Kamoamoa爆發東部裂縫部分的特寫。 （Lundgren et al. 2013; Orr et al. 2015)-
-圖4.3圖中藍色箭頭表示岩漿通道的上游和中游發生收縮，通道內的岩漿從該區域抽離，並於2018年4月30日開始向下運移至裂谷區。黑色箭頭表示岩漿侵入東部裂谷區時向外擴張，該地區在5月18日左右停止向外擴張。
4.3
基拉韋厄火山的生長過程
火山的高度是不斷變化的。在一個火山噴發的周期當中，首先受到岩漿向上運移侵入的影響，火山錐體會發生向外的膨脹和向上的生長，並伴隨著火山地震和火山震顫等；在火山噴發的過程中，由於火山氣體的釋放、岩漿的溢出和火口的坍塌等，如果沒有後期岩漿的補給，火山在噴發的過程中，隨著錐體的收縮，高度是不斷下降的。但是如果溢出的岩漿粘度較大，溢出的岩漿在火口處冷卻凝固下來，迴流的岩漿又將火口底部堵住，那麼錐體的高度就會有所增高。例如基拉韋厄火山的錐體在1987年7月中旬，相比1983年以前的地表高出了近255米。然而自1987年以來，由於噴發形式的改變和火口坍塌的影響，火山錐體的高度已經降低了約60米。
-圖4.4 基拉韋厄火山錐的生長概況-
基拉韋厄火山的噴發除了影響錐體高度以外，也會改變海岸地貌。熔岩裂隙溢出的熔岩流，逐漸流入海洋，並在海岸處冷凝堆積起來，每時每刻地改變著海岸線的形態，夏威夷島的面積也在不斷地擴大。
-圖4.5 左：2005年12月2日在熔岩流入海口處的鳥瞰圖（USGS照片 ）右：隨著熔岩流繼續進入海洋，到2007年中期，這個熔岩三角洲達到了最大規模，成為迄今為止最大的一個。 （USGS照片）-
4.4
夏威夷島的火山危險圖
基拉韋厄火山活動非常活躍，在過去的一年裡，幾乎每天都在活動。其活動形式主要以裂隙式噴發為主，造成的火山災害也主要以岩漿的溢流為主。熔岩流所到之處，幾乎可以毀壞任何植被和人工設施，甚至可以更改海岸地貌。目前，受熔岩流影響的區域主要集中在夏威夷島的東南部，尤其是東部裂谷區與海岸線之間的低洼地帶，具體見下圖所示。
-圖4.6 左：紅色區域表示被千年以來的熔岩所覆蓋的區域，基拉韋厄火山所在的東南區域，覆蓋著90%以上的年輕熔岩；右：夏威夷島火山災害危險圖。 危險程度從9級升至1級。灰色的陰影區顯示了過去兩個世紀以來夏威夷五座火山中的三座（華麗萊，冒納羅亞和基拉韋厄）爆發所產生的熔岩範圍。-
（本文轉載自中科院地質地球所。）
