人類該拿火山怎么辦？

石出

火山爆發是地球上危害最大的災難之一，5500萬年前的一場大規模火山爆發使得大量深海生物走向滅絕，四百多年前噴涌而出的火山巖漿將當時的發達城市——龐貝古城一舉摧毀……如今地球上還有數百座隨時可能爆發的火山，我們該拿這些“不定時炸彈”怎么辦呢？

炮轟火山，可以一試

向爆發中的火山發射炮彈以阻止其噴發或讓巖漿改道，聽上去是個瘋狂的主意，可是當美國人這樣做后，卻收到了意想不到的效果。

雖然炮轟火山聽上去很不可思議，但其實是有理論基礎的，當洪水來臨時，如果有山坳堵在前方，洼地就會被洪水淹沒，這時我們需要炸開堵路的丘陵，避免造成洪災。從這個做法得到啟發，美國火山學家托馬斯·賈格加爾提出，用炸彈轟炸火山，炸出新的巖漿通道，從而讓巖漿改變方向，不再威脅下游城市。

美國人首次在1935年嘗試了這一做法。這一年，夏威夷冒納羅亞火山噴發，這是一個著名的活火山，在過去的數百年間，它曾經多次爆發，人們深受其害卻又無可奈何，于是在聽說這個有些瘋狂卻又有可行性的主意后，他們決定冒險一試。

事實上，炮轟火山也許是此時唯一的救命稻草了——經過一個月的噴涌和聚積，大量火山巖漿集中流向了夏威夷島的中心城市希洛，巖漿一旦流入希洛城，將淹沒和燒毀整個城市。美國人將炮轟火山提上了日程，他們計劃用多枚炸彈轟炸熔巖流的硬質外殼（被稱為“熔巖殼”），使地下的巖漿從不同的方向溢出，掐斷流向希洛城的熔巖流。

1935年，在美國夏威夷冒納羅亞火山上爆炸的炸彈。

火山爆發過程與炸彈作用示意圖

最終，在當年12月27日，美國啟用了10架軍機，在火山熔巖流經地段的兩個目標區域，投下了20枚炸彈。其中，有5枚炸彈直接擊中了熔巖流，其他炸彈則炸在了已凝固熔巖上。命中熔巖流的炸彈，激起了60米高的巖漿浪花，熔巖殼上出現了平均直徑約6.7米，深度為2米的彈坑。又經過幾天，在1936年1月2日，熔巖流停止了流動，希洛城轉危為安。

多次炮轟，效果有好有壞

無獨有偶，幾十年后意大利人再次采用了炮轟火山的方法。意大利西西里島上的埃特納火山也是一座非常活躍的火山，幾十年間有過多次的噴發，當地官方不斷尋找著各種解決方案，炮轟火山也是其中之一，不過這個方法效果難以預測。

1983年，埃特納火山的熔巖流到了農田里，人們試圖用炸藥來改變熔巖流的走向，工程師將炸藥放置在巖漿流經的區域，在巖漿經過時引爆了炸藥。可惜適得其反，炸藥爆炸后非但沒有改變巖漿的走向，反而為其開辟了一條新的通道，讓巖漿流向了城鎮的更多區域。

1992年，火山再次劇烈爆發，為了阻止巖漿流向城鎮，當地人不得不重新采用“轟炸火山”的方法。這次他們吸取了上次的教訓，在熔巖管道的多個位置放置了炸藥，將周圍的巖漿通道全部炸毀，無處可去的巖漿流入了事先設置好的人工通道里，沒過多久就冷卻硬化，最終完全停止了。

雖然意大利人此次行動成功了，但讓他們總結成功經驗卻很難說出所以然來，因為炸藥所能達到的影響是有限的，設置多少炸藥，放置在什么位置，決定著爆炸能對熔巖通道產生多大的影響，是否能真正促使巖漿改道甚至冷卻凝固。但不同地方的火山有著不同的地理地質條件，比如埃特納火山山體陡峭，原有通道被破壞后，巖漿改道的可能性大，而夏威夷火山坡度較緩，使用炸藥來開辟巖漿新通道的方法成功率較低。而且，火山爆發的原因和巖漿的流向受到許多復雜因素的影響，人類還沒完全了解，對于不同的火山，“炸彈轟炸法”能否奏效不能一概而論。

此外，雖然這些轟炸行為沒有造成更嚴重的后果，但不是說危險就不存在。當炸彈爆炸的時候，混合著壓力的增加，反而可能會助長火山爆發的威力，這股力量會釋放出更多的火山灰和熔巖，其威力甚至比火山本身的力量還要大。更有甚者，采用空中投擲炸彈的方法還有搞錯位置和提前引爆的風險，到時候，一場天災很可能就會變成人禍。

水漫金山，后果難料

如果說炮轟火山，“以毒攻毒”的想法有些讓人難以接受的話，用水來澆滅巖漿可能是我們直覺能想到的方法，那么這個方法好用嗎？

美國宇航局的科學家還真提出了一個類似的方案，他們想用鉆探設備鉆到火山里，朝巖漿潑冷水，預防火山的爆發。他們還為此探討了方案的實施可能性，比如人類能否向火山中鉆洞。迄今為止，人類鉆出的最深的洞叫做科拉超深鉆孔，蘇聯人在冷戰期間就已經成功鉆入地殼以下12262米，后來因為資金枯竭他們才停止了繼續往下鉆;此外，人們也在世界各地鉆了不同深度的孔洞，有的是為了地質研究，有些則是提取地熱資源等。由此可見，人類現在已經掌握了向地底鉆洞的技術。

太平洋島國湯加附近的一座海底火山噴發的威力是在廣島投下的原子彈爆炸能量的數百倍。

但是，向火山鉆洞比在平地鉆洞要危險得多，鉆井設備可能因為工作環境的粘度、高溫和高壓而無法工作，也可能會遇到被困住的高壓熔巖，熔巖會引發爆炸甚至沖出鉆孔，人為觸動火山爆發。當然，這些問題也可以解決，比如尋找耐高溫高壓的特殊材料制造鉆探設備、在鉆探過程中監控火山活動的信號避免觸發火山等。

不過，即使以上這些問題都能解決，我們真的成功在火山中鉆了一個洞，也沒有提前“引爆”它，又需要多少水才能讓它冷卻下來呢？火山巖漿是地幔的熔融巖石，其總量比地球上所有的水還多，而且巖漿溫度比水的沸點也要高得多，需要比巖漿多得多的水才能冷卻它們，因此靠地球上的水來冷卻火山幾乎是不可能的事。

那么，如果等到火山爆發，再調動冷水來“滅火”，會有效果嗎？我們現在已經能預測火山何時爆發了：火山噴發前，會有一系列地質變化，例如地溫升高、小地震多發、火山顫動增加、噴出氣體變多、火山口湖水位變化、火山周圍的磁電特征改變等，對這些特性加以監測，可以綜合判斷火山噴發的可能性。知道了火山何時會爆發，提前調配冷水就可以實現了。

不過，用冷水澆滅火山可能有些困難，看看海底火山就知道了。我們知道，有一種島嶼叫做火山島，海底火山噴出巖漿，形成了水下的山丘、石柱，經過幾千年甚至幾十萬年，露出海面就成了島嶼，如果海水較淺、水壓較低，火山巖漿還可能噴出水面，巖漿冷卻、凝固成巖，也會堆積成為島嶼。海洋中的海水這么多，海底火山仍然頻繁爆發，形成了數量不少的火山島，比如著名的夏威夷群島和阿留申群島等，這就說明水澆火山效果有限。以水滅火的原理是把燃燒物與空氣隔開，但巖漿的噴發是高壓所致，本身就不需要空氣，海水對其只能降溫而無法熄滅，甚至還可能起到反效果——冷水遇到高溫的巖漿，迅速變成蒸汽，引發爆炸。

科學利用水的力量

對此，我們也不必太過失望，最近的一項研究表明，冷水也許能起到一定的遏制火山的效果。瑞士蘇黎世聯邦理工學院的火山學家奧利維爾·巴赫曼分析了245次火山噴發的數據，模擬了促進火山噴發的各種因素，發現水在其中起了重要作用——水在與巖漿的相互作用中會產生大量氣泡，充滿氣泡的火山就像一瓶經過劇烈搖晃的可樂，巨大的壓力大大提高了巖漿沖破地表的可能性。數據模擬表明，如果火山的巖漿管道很少且含水量超過3.5%的話，火山爆發的風險非常高，因為管道越少，氣泡越多，氣泡逸出的機會越少，火山內部的壓力越高。

但是，讓人驚訝的是，如果火山的含水量繼續增加，情況會發生逆轉：當含水量超過5.5%時，火山爆發的風險會顯著下降。對這種結果，巴赫曼做了一些猜想，當含水量非常高時，氣泡不僅會充滿巖漿管道，還會擠占巖漿庫。巖漿庫是指在地殼的深處及上地幔中的某些地方，由于局部溫度的升高，而形成囊狀的硅酸鹽巖漿熔體的地方。

在火山噴發之前，熾熱的巖漿從地底深處上升并進入巖漿庫，一旦巖漿庫中的壓力高到足以使上覆的巖石破裂，就會發生噴發。巖漿庫中存在的氣泡延遲了火山的噴發，從而降低了最終爆發的風險：它們會被從下方上升的物質壓縮，從而減緩巖漿庫中的壓力積聚，使火山噴發延遲;這種延遲使巖漿管道中的氣體有時間從巖漿中逸出，而不會發生爆炸。

如果這項研究的結論是正確的，我們就獲得了預防火山爆發的好方法：當監測到火山有爆發可能時，人們可以計算巖漿庫中氣泡的數量以及巖漿管道的數量和分布情況等，據此確定向火山中注入多少水就可以抑制其爆發。

大自然的力量是巨大的，人類究竟是否能征服火山，現在下判斷還為時尚早。