火山喷发是一种奇特的地质现象,是地壳运动的一种表现形式,也是地球内部热能在地表的一种最强烈的显示。是岩浆等喷出物在短时间内从火山口向地表的释放。由于岩浆中含大量挥发分(指岩浆中所含的水、二氧化碳、氟、氯、硼、硫等易于挥发的组分),加之上覆岩层的围压,使这些挥发分溶解在岩浆中无法溢出, 当岩浆上升靠近地表时,压力减小,挥发分急剧被释放出来,于是 形成火山喷发。
一、灾前监测
(一)火山爆发前兆
研究表明,火山爆发之前,火山口周围地区的各种地球物理量 都会发生相应的变化。在这些地区采取有效的观测措施,对火山 动态和火山地震活动进行连续监测,对于应急管理,维护社会稳定 具有重要的现实意义。此外,通过多年观察发现,火山爆发的前兆 主要有以下两种异常。
1.宏观前兆异常
宏观前兆异常是指以肉眼和感官容易察觉的火山骚动反应及 表现。例如,地下发出噪音;可见的地表标志变形;从蒸汽喷孔、喷 气孔、泉眼等发出气体的气味、颜色和噪声及其爆发物体积和速率 的增减发生变化;水位、水温、水化学等异常变化;生物异常,包括 植物褪色、枯死、小动物行为异常及死亡等。
2.微观前兆异常
微观前兆异常是指信号微弱而不易被人体或动物感官系统所 察觉,只能通过仪器才能监测到的异常现象。主要包括:火山性 地震活动;火山地表形变;电磁场变化;重力变化;地热变化;地下 水水位、温度及化学成分变化等。
(二)火山监测
通过对火山下方及其周围出现的特殊变化进行监测,可以对 火山爆发的发生进行有效预测,意义重大。目前,全世界各国对火 山的监测主要有以下几种方式:
1.地震活动监测
火山地震活动监测是火山喷发预报极为重要和有效的工具。 因为几乎所有的火山喷发前,都会有大量的微震出现,特别是临近 喷发的几天,火山口附近往往会发生频繁的震动,因此目前世界上 所有的火山监测几乎都设有地震监测。为了了解岩浆系统活动的动力学特征、物理特征、岩浆囊分布范围和演化过程,从而来 区分火山地震和普通地震,一门新的学科——火山地震学就此诞生了。为了能够更好地预测火山喷发,必须依赖于精确的地震观测系统。
2.地形变化监测
岩浆在其存储地——岩浆房和火山通道内流动时,由于压力的变化,会导致周围地壳岩石的变形。目前对于形变观测的手段 很多,主要包括大地水准测量、全球定位系统(GPS)观测、地倾斜 监测、电子测距和包括应变计和倾斜计的山洞传感器测量。最近 新发展的差分干扰测量技术可以利用卫星历史数据来获取火山附 近缺失的形变信息,使形变观测的时间得到了扩展,能更好地预测 火山的喷发,因此越来越受到研究人员的青睐。
3.地重力监测
对火山区重力的研究发现,重力变化与垂直形变之间存在着很好的相关性。这可能是由于地底下高密度岩浆的流动,造成了 地表地形的改变,从而引起重力的变化。因为在地表隆起区,发现 重力值会增力口,而在地表下降区,重力值又出现了降低。
4.流体化学监测
早期通过对火山口二氧化硫量的研究发现,其释放量的增加与火山地震的频繁程度及形变的程度相关联,因此将这些数据结 合起来分析能够帮助科学家正确地评估火山状态,利于预报火山 喷发。但是后来发现二氧化硫也不是地震和形变一一对应的。经 过深人的研究发现,二氧化碳、氮气、氢气、甲烷等气体在临火山喷 发前也有相应改变,对于不同的火山活动期的增加与否也是不一 样的。因此,建立一个统筹各个因素的数据模型是很有必要的。
5.遥感监测
遥感技术能够监测火山的很多方面,不仅包括前面已经提到的火山区大地形变、火山总体变化以及火山变化历史,还包括火山区的热异常、熔岩结构和熔岩流温度等。目前世界上最常用的遥感技 术是卫星热红外遥感监测,通过卫星热红外探测仪可以更容易地观 测到火山区的热异常、热活动及火山气体的溢出和变化等现象。
(三)防护对策
虽然预测火山爆发迄今为止仍然是一个比较棘手的问题,但是结合火山爆发的历史,分析各种可能的前兆,做好火山爆发的防 灾和减灾措施,是我们今后要进行的首要任务。火山减灾工作包 括以下几个步骤:
1)评价将来爆发的潜在危险性,对高危险性火山进行鉴定,将其过去喷发和现在状态相结合,作为火山灾害评价的基础。
2)长期土地利用计划,对高危险区域进行撤离,对火山灰土壤做好利用分析。
3)发现爆发的前兆,要首先进行分析,评价其危险性)一旦发生爆发,要有详细的应急计划。
4)对火山状态进行检测,以获得爆发的开始及其持续过程,为后续研究打好基础。
5)对居民生命财产和重要设施进行,提出保护性测量指标。
6)开展火山爆发防护知识的宣传教育,重视火山地质工作者的作用。