山上“飛”來只火鳳凰，這裡的居民卻要殺掉它？

卡塔尼亞安全嗎

作者：liweiran

編輯：Yuki

一提到火山噴發，人們想到的第一個詞語也許是“危險”，但是，2019年7月19日晚，位於

義大利西西里島的埃特納火山

的一次噴發，更稱得上是美麗的 —— 從火山腳下的卡塔尼亞城遠眺，火焰般的岩漿沿山坡流淌，彷彿鳳凰降臨人間。

7月19日西西里島埃特納火山噴發的岩漿流下山坡 | U / Porodicnostablo

火山噴發常常造成各種各樣的災害，而這次埃特納火山的噴發，雖然沒有危及附近居民的生命安全，但噴發形成的火山灰導致卡塔尼亞城的兩座機場關閉了一夜。

埃特納火山7月19日噴發形成的火山灰 | thelocal。it

不過，這與2010年冰島艾雅法拉火山的那次噴發相比，明顯溫柔了太多。那次發生在冰島的噴發產生約9公里高的火山灰氣柱，噴發的爆發指數（VEI）達到了4級（公元79年覆滅龐貝古城的維蘇威火山噴發指數為5級）。火山灰導致約20個國家的機場被迫關閉一週，約一千萬乘客的出行受到影響［1］。

從直升飛機上看2010年冰島艾雅法拉火山噴發產生的火山灰氣柱 | wired

那麼，為什麼埃特納火山噴發產生的災害較冰島的火山噴發來說，要小得多呢？原因就藏在不同火山所處的不同地質構造環境，以及它們不同的噴發形式之中。

“溫柔”的溢流式火山

埃特納（Etna）是一座海拔約3300米的

複合型火山

（stratovolcano），也是歐洲境內最高、活動最頻繁的火山。它坐落於西西里島東部，東南側山腳是擁有大約三十萬人口的西西里島第二大城市卡塔尼亞（Catania），東北側山腳距離電影《教父》的取景地薩沃卡（Savoca）小鎮不過30公里路程。

西西里島上的埃特納火山，以及教父的拍攝地薩沃卡小鎮（圖中紅色圓點所示）| 谷歌地圖

作為歐洲噴發最頻繁的火山，埃特納火山在過去的四十年中平均每兩年噴發一次。關於它的噴發的歷史記載，甚至可追溯至距今約3500年前。而埃特納火山之所以如此活躍，是因為它處在非洲板塊與歐亞板塊的交界處的俯衝帶上。除此之外，埃特納火山的東側還有一個叫做Malta escarpment的大型

走滑斷層

［2］。這個斷層加劇了

軟流圈

的上湧，更促進了岩漿向地表移動，使得埃特納的噴發活動不斷。

埃特納火山的區域地質構造示意圖 | 參考文獻［2］

與埃特納火山類似的俯衝帶成因的火山，還遍佈於太平洋沿岸的很多國家，比如日本，菲律賓，印度尼西亞，紐西蘭，美國。這些位於太平洋板塊邊緣的火山共同組成了著名的“環太平洋火山帶”（Ring of fire）。

環太平洋火山帶“Ring of Fire”（圖中紅點為火山）| USGS

雖然埃特納火山的噴發活動頻繁，但它還算是一座比較“溫柔”的火山：和脾氣火爆的“同胞”維蘇威火山曾經覆滅整座龐貝古城的普林尼式（Plinian eruption）噴發不同，埃特納火山通常是像擠牙膏一樣，把岩漿從火山口或山坡的裂隙中“擠”出，形成典型的“溢流式噴發”。這些流出的岩漿二氧化矽含量較低，成分以

玄武岩

（basalt）為主，因此黏度比較小，和快餐店的番茄醬差不多。這些岩漿通常以熔岩流（lava flow）的形式沿山坡流下。

埃特納火山噴發後岩漿從冰雪覆蓋的山體上流下| https：//ounews。co/science-mct/volcano/

這種黏度類似於番茄醬的玄武質岩漿，還常見於夏威夷的火山噴發中。皮克斯動畫工作室曾以夏威夷的火山噴發為背景，製作了一部有趣的動畫短片“I lava you”［3］。

山也包不住火？

山坡上流出的岩漿

大部分複合式火山的噴發都發生於位於山頂的火山口，而埃特納火山的獨特之處就在於，岩漿不僅可以從它“頭頂”的四個火山口湧出，還能從山坡上的裂隙中鑽出地面，這樣的噴發被稱為“裂隙式噴發”，每次噴發可持續數小時，甚至超過一年的時間。

衛星影象顯示2018年12月發生於埃特納火山東南側山坡噴發形成的岩漿 | NASA

這種特殊的發生于山坡上的“裂隙式噴發”，與埃特納火山所處的地質區域記憶體在很多活動斷層和裂隙有關。等待噴發的岩漿就像機場等待安檢的旅客一樣，如果通往火山口的路途比較擁堵（可能堵塞著以往噴發遺留下來的岩石），而位於山坡上的裂隙（“VIP通道”）暢通無阻的話，那麼岩漿就會“偷懶”選擇VIP通道。對埃特納火山來說，這些“VIP 通道”大部分處於火山的東面和南面，因此，在過去的二十年中，發生于山坡上的裂隙式噴發大多數發生在這些地帶。由於這樣的“VIP通道”不止一條，岩漿便可以“任性”地選擇從不同的通道經過。

埃特納火山所處地區的主要斷層（fault）和裂隙（fissure） 分佈圖 | 參考文獻［4］

堤壩反擊戰

在火山噴發的巨大能量面前，最容易的自保方式自然是逃跑。然而，雖然人可以逃跑，但是家園卻很可能被經過的溫度達到數百甚至上千攝氏度的岩漿毀滅。與其他“脾氣火爆”的火山不同，“溫柔”的埃特納火山曾經給予了人類除逃跑之外的另一種防禦形式——修建堤壩，阻隔岩漿。

由於埃特納火山是著名的觀光景點，它的南坡上有很多為服務遊客而修建的房屋及設施，每一次南坡噴發都可能摧毀這些設施，造成巨大的經濟損失。因此，當地政府曾在1983年，1991-1992年和2001年， 根據每次噴發開始後岩漿的走勢，預測它們的去路，在岩漿抵達房屋之前，利用周圍的碎石和以往噴發形成的火山礫，修建起幾米至十幾米高，數十米寬，幾百米長的人工堤壩，意在阻擋岩漿的繼續肆虐。

然而，由於噴發剛開始時，熔岩流湧動的速度較快，離噴發位置比較近的堤壩大多失敗了——岩漿通常能越過堤壩，繼續前進。然而，隨著火山活動逐漸減弱，熔岩流由於長度跋涉，前進的勢頭也逐漸減弱，速度減慢，這些人工堤壩便開始發揮作用。

最成功的一次利用人工堤壩阻擋岩漿的事例就發生在2001年7~8月埃特納火山的噴發期間。從當年的7月17日開始，岩漿從火山口南側海拔約3000米到2100米的六處裂隙中相繼湧出地面。海拔較低的幾次噴發由於離人類活動區更近，對附近的房屋設施產生了很大威脅。因此，從噴發的第五天起，當地政府緊急決定展開堤壩反擊戰，在岩漿最可能的去路上，陸續修建了 13個最長約400米的人工堤壩。

2001年7月埃特納噴發期間，人們使用附近的碎石和火山礫建造堤壩來阻止岩漿侵襲 | 參考文獻［5］

在這次噴發期間，雖然最初修建的幾個堤壩沒能阻止岩漿前進，後期修建的幾個堤壩卻成功地阻止了岩漿的繼續肆虐，保住了遊客中心的所有建築。更幸運的是，七月底開始，火山的噴發勢頭減弱，岩漿流動速度變慢，在抵達兩個村子前就停下了腳步，本已計劃好的離火山距離更遠的幾處堤壩也就不用再修建了。由於修建這些堤壩是就地取材，其成本仍然遠遠低於重建遊客中心需要的費用，埃特納的“堤壩反擊戰”也變成了少見的人類對抗火山噴發災害的成功案例。

2001年噴發期間修建於埃特納火山南坡的幾個人工堤壩。其中三個堤壩（B3，B4，B5）幾乎完全被熔岩流覆蓋，而另外三個堤壩（C2，C3，C4）則成功地阻止了岩漿抵達遊客中心 | 參考文獻［5］

火山活動監測體系

埃特納火山地處地震頻發地帶，地震也可能促成火山的噴發，甚至引起山體滑坡，威脅到周圍居民的安全。這些潛在的災害使得火山學家們必須24小時關注埃特納火山的活動情況。所幸，設定在埃特納火山的監測體系稱得上是世界範圍內最完善的監測體系之一。義大利國家地球物理與火山學研究所（簡稱INGV）的科學家們在埃特納的火山口、山坡、以及周圍地區，設定了一系列地震儀，測斜儀，GPS，氣體測試裝置，以及各類影像裝置，用來時刻監測火山活動。在這一系列監測手段之中，火山口釋放的氣體的化學成分可以說是最能顯示岩漿活動的指標了。火山學家們利用這些氣體中二氧化碳和二氧化硫含量的比例，可以推算出地下岩漿釋放氣體時的大概深度［6］，從而估算出岩漿可能到達地表的時間點，為噴發的到來做好準備，並且在必要的時候做出噴發預警。

採集火山噴發前釋放氣體的成分的幾種測試儀器 | flickr

當然，僅僅依靠火山噴發前釋放的氣體成分，還不足以準確地預測噴發，火山學家們通常還會綜合其他監測儀器（比如地震儀，GPS）採集的實時資料，並且對比以往噴發前的監測資料，來做出更準確的判斷。為了給火山的偶爾“淘氣”買單，科學家們仍然在努力開發新技術，相信在未來某日，準確預測火山噴發終會實現，人類也許會擁有足夠的智慧，找到與地球長久相處的方式。

作者名片

排版：陳小磚

參考文獻：

［1］《冰島七火山：地質版“冰與火之歌”》原文連結：https：//www。guokr。com/article/441725/

［2］ Kahl， M。， S。 Chakraborty， M。 Pompilio， and F。 Costa （2015）， Constraints on the nature and evolution of the magma plumbing system of Mt。 Etna volcano （1991–2008） from a combined thermodynamic and kinetic modelling of the compositional record of minerals， J。 Petrol 56， 2025–2068。

［3］ “I lava you”背後的科學故事請閱讀 https：//www。guokr。com/article/441382/

［4］ Patanè， D。， M。 Aliotta， A。 Cannata， C。 Cassisi， M。 Coltelli， G。 Di Grazia，P。 Montalto， and L。 Zuccarello （2011）， Interplay between tectonics and Mount Etna’s volcanism： Insights into the geometry of the plumbing system， in New Frontiers in Tectonic Research—At the Midstof Plate Convergence， edited by U。 Schattner， pp。 73–104， In Tech， Croatia。

［5］ Barberi F， Brondi F， Carapezza ML， Cavarra L， Murgia C （2003） Earthen barriers to control lava flows in the 2001 eruption of Mt。 Etna。 J Volcanol Geotherm Res 123：231–243。

［6］ Aiuppa， A。， Moretti， R。， Federico， C。， Giudice， G。， Gurrieri， S。， Liuzzo， M。， Papale， P。， Shinohara， H。， Valenza， M。， 2007。 Forecasting Etna eruption by real time evaluation of volcanic gas composition。 Geology 35 （12）， 1115–1118。