雨雪的這些“暗箱操作”你知道嗎？

蘇溪

地球上水循環(huán)將水分輸送到各地，降雨和降雪是其中重要的環(huán)節(jié)。但是降雨和降雪有時(shí)也具有破壞性，比如引發(fā)洪澇災(zāi)害、暴風(fēng)雪天氣。然而，大自然系統(tǒng)的復(fù)雜程度可能是我們想不到的：雨雪除了制造我們看得見(jiàn)的自然災(zāi)害，它們有時(shí)還會(huì)來(lái)一些暗地里的操作，制造一些意想不到的自然災(zāi)害，這是怎么回事呢？

降雨澆燃了火山？

2018年5月，位于美國(guó)夏威夷的基拉韋厄火山發(fā)生猛烈噴發(fā)，大量的火山灰噴向天空，火山附近的地表出現(xiàn)新的裂縫，熔巖從裂縫中涌出。熔巖奔流入海，對(duì)海岸附近的海域造成了破壞，熔巖還涌向居民區(qū)，摧毀了數(shù)百棟房屋……

基拉韋厄火山噴發(fā)不是什么大新聞，因?yàn)樗緛?lái)就是地球上最活躍的火山之一，這座火山底部有兩個(gè)長(zhǎng)期存在的熔巖湖。自1983年以來(lái)，它就幾乎沒(méi)有停止過(guò)噴發(fā)，只不過(guò)2018年，它突然一反“溫和”噴發(fā)的常態(tài)，變得異常活躍起來(lái)。

盡管大多數(shù)人都認(rèn)為基拉韋厄火山噴發(fā)沒(méi)什么特別的，但是美國(guó)邁阿密大學(xué)的研究人員腦海里卻閃現(xiàn)了一個(gè)問(wèn)題：是什么導(dǎo)致基拉韋厄火山猛烈噴發(fā)？

由于無(wú)法對(duì)火山內(nèi)部進(jìn)行觀察，因此無(wú)法獲得直接信息。研究人員只能另辟蹊徑，他們對(duì)基拉韋厄火山附近的天氣和降雨的科學(xué)記錄，以及基拉韋厄火山的長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行了分析。探究火山噴發(fā)的原因，為什么要研究天氣和降雨呢？

這種不尋常的操作雖然讓人困惑，但是他們還真的找到了一些線索。研究人員將兩百多年來(lái)，基拉韋厄火山的天氣、降雨的科學(xué)記錄和火山相關(guān)的數(shù)據(jù)加入模型中。結(jié)果他們發(fā)現(xiàn)，自從1790年以來(lái)，基拉韋厄火山大約60%的噴發(fā)時(shí)間是在雨季。而監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)顯示，恰好在這些時(shí)段火山內(nèi)部的壓力也有所升高。而當(dāng)他們將基拉韋厄火山2018年的相關(guān)數(shù)據(jù)輸入研究模型后，發(fā)現(xiàn)火山噴發(fā)前夏威夷有幾個(gè)月降雨異常多，并且火山內(nèi)部壓力在噴發(fā)前和噴發(fā)期間都達(dá)到了50年來(lái)的最高水平，這最終導(dǎo)致了火山的大爆發(fā)。研究人員認(rèn)為，這可能是大量的雨水滲入深層巖石的縫隙，使火山內(nèi)部壓力增大，迫使巖漿向火山口涌去，或者“開(kāi)辟”新的“管道”，從而發(fā)生了猛烈噴發(fā)。

那么，強(qiáng)降水真的能夠引爆火山嗎？

這一新穎的觀點(diǎn)并沒(méi)有得到多數(shù)科學(xué)家的認(rèn)可。因?yàn)榇偈够鹕絿姲l(fā)的最主要原因是火山內(nèi)部的壓力，雖然降雨對(duì)火山有一定程度的影響，但是其制造的壓力不足以觸發(fā)大爆發(fā)。導(dǎo)致火山內(nèi)部壓力增大應(yīng)另有原因。

一組研究人員對(duì)2018年基拉韋厄火山噴出的火山物質(zhì)進(jìn)行了研究，他們發(fā)現(xiàn)，火山噴出的第一批物質(zhì)曾在火山中停留了較長(zhǎng)一段時(shí)間。而基拉韋厄火山一直處于活躍狀態(tài)，為什么這些物質(zhì)沒(méi)有被及時(shí)噴出呢？研究人員認(rèn)為，這些物質(zhì)可能正是導(dǎo)致火山內(nèi)部壓力過(guò)高的“元兇”，它們可能堵塞了火山內(nèi)部系統(tǒng)，使壓力不斷積累，當(dāng)壓力達(dá)到臨界點(diǎn)時(shí)，火山就發(fā)生了猛烈的噴發(fā)，而首先沖出火山口的物質(zhì)中就包括“堵塞物”。因此，使基拉韋厄火山大爆發(fā)的原因可能是內(nèi)部堵塞了。

看來(lái)，降雨可能并不是火山爆發(fā)的主要原因，不過(guò)，這個(gè)觀點(diǎn)也為預(yù)測(cè)火山的研究提供了新線索。如今，科學(xué)家還不能準(zhǔn)確預(yù)測(cè)火山爆發(fā)的時(shí)間、爆發(fā)的強(qiáng)度，最重要的原因之一就是我們對(duì)火山爆發(fā)的原因了解不夠，如果能綜合所有可能導(dǎo)致火山爆發(fā)的原因，或許有助于準(zhǔn)確預(yù)測(cè)火山爆發(fā)。

雨雪按下了地震鍵？

美國(guó)的圣安德烈亞斯斷層位于太平洋板塊和北美洲板塊的交界處，它就像地表上一條長(zhǎng)長(zhǎng)的疤痕，綿延約10 0 0千米。由于板塊的相互作用，斷層附近經(jīng)常發(fā)生地震。而引發(fā)地震的原因五花八門(mén)，比如海潮的沖擊。

早在2002年，科學(xué)家就發(fā)現(xiàn)潮汐引發(fā)水下火山的震動(dòng)，而在2004年，科學(xué)家又發(fā)現(xiàn)，潮汐在一些斷層上引發(fā)地震。隨著地震儀越來(lái)越靈敏，分布越來(lái)越廣，科學(xué)家們可以識(shí)別到震級(jí)更低、震源位于地殼更深處的微地震。2012年，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)，圣安德烈亞斯斷層居然也受潮汐的影響，在每天兩次潮汐峰值時(shí)，微地震發(fā)生頻率更高。而每個(gè)月的兩次大潮期間，這個(gè)斷層帶的微地震更為集中。科學(xué)家認(rèn)為，這是因?yàn)樵诔毕淖饔孟拢Ｋ畞?lái)回晃動(dòng)，在潮汐峰值時(shí)，海水對(duì)太平洋板塊的沖擊，使其向北美洲板塊彎曲，兩個(gè)板塊的相互作用引發(fā)了微地震。

2017年，美國(guó)加州大學(xué)伯克利分校的地震學(xué)家還發(fā)現(xiàn)，冬季的雨雪竟然也能導(dǎo)致斷層附近微地震增多。雨雪是如何引發(fā)地震的？這或許是因?yàn)椤凹竟?jié)性負(fù)荷”。所謂的季節(jié)性負(fù)荷，簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)就是雨季的降雨和冬季的積雪對(duì)地殼的壓力。

地震學(xué)家們收集了分布在加州的600多個(gè)GPS傳感器的數(shù)據(jù)，測(cè)量了圣安德烈亞斯斷層線的垂直運(yùn)動(dòng)，以追蹤季節(jié)性負(fù)荷導(dǎo)致的變化。這些傳感器非常靈敏，能夠探測(cè)到地面的輕微下沉和上升。根據(jù)數(shù)據(jù)，他們計(jì)算了斷層不同位置的壓力在不同季節(jié)的變化，并對(duì)比2006年到2015年之間的3600次5. 0級(jí)以下的地震。最終，他們總結(jié)出了一個(gè)規(guī)律——在冬季到春季，由于積雪、湖泊和水庫(kù)里的水聚集起來(lái)，圣安德烈亞斯斷層附近的地殼會(huì)在重壓下下沉，其中早春時(shí)節(jié)，地殼下沉的幅度最大;隨著夏季的到來(lái)，積雪融化、水位降至最低時(shí)，地面就會(huì)反彈，恢復(fù)到原來(lái)的樣子。就在這一沉一升之間，小型地震就出現(xiàn)了。看來(lái)，冬季的雨雪確實(shí)與微地震有關(guān)。

那么，這項(xiàng)研究的結(jié)果能用于預(yù)測(cè)地震嗎？恐怕不行，不過(guò)它能夠讓我們了解小型地震和地震對(duì)地殼的破壞過(guò)程，而通過(guò)對(duì)這些知識(shí)和數(shù)據(jù)的積累，可能有助于我們對(duì)斷層附近的地震的危險(xiǎn)性做出更準(zhǔn)確的評(píng)估。更重要的是，隨著全球氣候的變化，一些地區(qū)冬天雨雪更多，夏季更干旱，如果這些地區(qū)正好是地震高發(fā)區(qū)，那么這些變化或許會(huì)對(duì)地震的發(fā)生造成影響，那么了解雨雪與地震之間的關(guān)系就很重要了。

如今，盡管科技有了很大的發(fā)展，但是地震和火山爆發(fā)仍無(wú)法準(zhǔn)確預(yù)報(bào)，但是這些自然的猛獸作惡起來(lái)又會(huì)造成嚴(yán)重的破壞，因此科學(xué)家們從未停止對(duì)它們的研究，不斷挖掘引發(fā)這些自然災(zāi)害的各種原因，研究這些災(zāi)害發(fā)生的過(guò)程，而這些新的發(fā)現(xiàn)和研究將有助于未來(lái)人類對(duì)這些自然災(zāi)害的預(yù)報(bào)。