火山灾害及其影响研究的新成果
（一）考察火山活动特点的新信息
1．探索火山休眠特点的新发现
研究表明并无真正意义的休眠火山。[15]2011年3月13日，英国《每日邮报》报道，法国奥尔良地球科学研究所火山学家阿兰·波尔吉斯博士主持，他的同事和一名美国学者组成的研究小组，近日通过调查证实，火山并不存在真正意义上的休眠，而是能以超乎人类预想的速度觉醒。基于这个原因，旅游者下次考虑赴风景宜人的火山岛屿度假时，也许不会再仓促做出决定了。
据报道，法国研究小组发现，原本静谧无声的火山，只需短短数周即可喷出灼热的岩浆，将附近区域吞没。而在此之前，人们普遍认为，完成这一转变需要经过多年的时间。
法国研究小组调查了于1991年喷发的菲律宾皮那图博火山，以及正在喷发的加勒比海蒙特色特拉岛上的苏弗里艾尔山，结果发现火山从休眠到爆发其实仅需要几个星期的时间。
以菲律宾皮那图博火山为例，它仅用了20天的时间就重新活动了起来，而非人们意料中的500年。原因在于，灼热岩浆涌起，迫使较重的岩浆与之相混合，从而使整体温度上升的速度，要比人们预想中要快100倍。
波尔吉斯博士表示，之前普遍为大众接受的理论，即当火山岩浆库冷却后，需要经过多年的时间才能在新岩浆的作用下重新恢复高温，可能是错误的。他同时指出，可以将地震活动看做火山喷发的早期预警，从而争取足够的时间撤离群众。
2．考察火山喷发特点的新发现
⑴埃特纳火山因不断喷发而刷新自身的高度纪录。[16]2021年8月10日，德新社报道，意大利国家地球物理与火山学研究所当天发布消息说，欧洲最高活火山埃特纳2021年喷发数十次后，不断长个儿，目前已刷新自身高度纪录。
据报道，意大利研究人员7月13日至25日分析处理卫星图像后发现，埃特纳火山目前海拔3357米，超过以往任何时候。这一结果误差为3米。
过去40年来，埃特纳火山的顶峰为东北部火山口，1981年测量高度为海拔3350米，创下这座火山海拔高度纪录。后来，这个火山口边缘坍塌，2018年海拔高度降至3326米。
2021年2月以来，埃特纳火山东南部火山口喷发约50次。由于岩浆和火山灰等沉积物黏附，东南火山口海拔高度超过了“哥哥”东北部火山口。这座火山轮廓线因此显著变化，东南火山口成为顶峰。
埃特纳火山位于意大利南部西西里岛，是欧洲活动最频繁的活火山，海拔高度时常浮动。虽然破坏力强，但频繁的火山喷发为当地带来肥沃的土壤和丰富旅游资源。
⑵数据分析确认汤加火山喷发为“最大爆炸”。[17]2022年5月，英国雷丁大学大气物理学家贾尔斯·哈里森，与加利福尼亚大学圣巴巴拉分校火山地质学专家罗宾·马托扎各自所在的研究小组，分别在《科学》杂志上发表论文称，他们通过多种仪器收集数据分析得出结论认为，年初汤加火山喷发威力巨大，经证实为有仪器记录的地球大气层内发生的“最大爆炸”，超过任何一次核爆试验，以及20世纪以来的其他火山喷发。
哈里森说，2022年1月15日，汤加洪阿哈阿帕伊岛的海底火山喷发“百年一遇”。汤加火山喷发比20世纪以来任何火山喷发、陨石爆炸或核爆试验的威力都大。气压计读数显示，汤加火山喷发产生的压力波在6天内绕地球4次。
马托扎说，汤加火山喷发在全球产生影响，研究人员利用各种观测仪器，录得的汤加火山喷发相关数据在现代历史上前所未有。这些仪器包括气压传感器、地震仪、水下测音器，以及监测地球的一系列卫星。
汤加火山最终喷发前已活动数周，最后产生的多种大气压力波传播到遥远的地方。火山喷发产生的人耳可听到的声波，最远传播到1万公里外的美国阿拉斯加，当地有人报告反复听见隆隆声。
汤加火山喷发时，用于监督履行《全面禁止核试验条约》的全球探测网络，探测到的压力波数据显示，汤加火山喷发产生的大气压力波与苏联1961年试爆的沙皇炸弹威力相当，但持续的时间长四倍。在人类所引爆的各类炸弹中，这枚氢弹的体积、重量和威力均最大，爆炸当量达5000万吨TNT。
研究人员说，有记录以来喷发威力可匹敌汤加海底火山的，可能只有1883年印度尼西亚喀拉喀托火山喷发。那场火山喷发造成3万多人死亡，4800公里外都能听见火山喷发的隆隆声。
⑶日本樱岛火山喷发过程流出巨量碎屑。[18]2022年7月24日，新华社报道，据日本气象厅消息，日本九州地区鹿儿岛县的樱岛火山，当天晚上发生流出巨量碎屑的大规模喷发。日本气象厅已发布最高级别警报，并要求周边民众紧急避险。
日本气象厅说，当地时间24日20时5分许，樱岛南岳山顶火山口发生喷发，受风力影响，烟尘朝东吹去。火山喷发带来的火山碎屑流出2.5公里远。
气象厅说，从18日起，樱岛观测到细微的地壳变动，显示山体正在膨胀。23日到24日下午3时，南岳山顶火山口共发生4次喷发，喷发的烟尘最高达1200米。
据鹿儿岛市消防局消息，目前尚未收到人员伤亡消息。樱岛是位于日本九州南部鹿儿岛湾内的一座活火山岛，面积77平方公里，由北岳、中岳、南岳3座火山体组成。
⑷俄罗斯希韦卢奇火山高度活跃随时可能喷发。[19]2022年11月20日，俄罗斯科学院远东分院地质学和火山学研究所，下属的堪察加火山喷发响应小组官网报道，位于俄罗斯远东堪察加半岛最北部的希韦卢奇火山变得高度活跃。
报道称，希韦卢奇火山熔岩穹丘持续增长，随时可能喷发，估计火山灰柱高度可达10至15千米。当前火山活动可能影响国际航班与低空飞行的飞机。
地质学和火山学研究所所长阿列克谢·奥泽罗夫介绍道，希韦卢奇火山的熔岩穹丘温度极高，夜晚时几乎照亮整个火山表面，1000℃的火山物质沿山坡滚下，这种状态一般出现在突然的强烈喷发前。
希韦卢奇火山海拔3283米，1980年首次喷发，是堪察加半岛上最活跃的火山之一。堪察加半岛上的另一座火山、欧亚大陆最高活火山克柳切夫火山，当天开始喷出火山弹。
3．分析火山表征特点的新发现
⑴监测研究发现火山先移动再喷发。[20]2014年1月13日，冰岛大学的地球物理学家丝格润·赫雷斯多蒂尔领导的一个研究团队，在《自然·地球科学》发表论文称，他们通过监测设备研究发现，火山喷发前，其所在地面会发生明显移动。
研究人员表示，2011年5月，在冰岛格里姆火山喷发前1小时，安置在其两翼的全球定位系统(GPS)设备显示地面发生了明显的移动。这些数据被实时传输给火山学家，不仅揭示了即将发生的火山喷发，还有可能暗示这次喷发的规模。
了解即将发生的火山喷发，将能够帮助紧急救援人员通过关闭道路，或疏散附近居民，从而为迎接灾难作好准备。而搞清火山灰能够喷发到何种高度，则能够帮助航空公司判断它们是否需要选择其他的航班，乃至关闭机场。
近一个世纪以来，冰岛最大的火山爆发事件，是2011年的格里姆火山喷发，它喷出了高达20千米的火山灰，致使英国部分地区的航班临时停飞。
格里姆火山是冰岛最活跃的火山，但科学家却很难对其进行监控，原因在于该火山被埋藏在一个巨大的冰原下方。该研究团队把一个GPS站点设置在一个罕见的岩石露头上，该露头之所以没有被冰层覆盖，是因为一个地下通道将地热输送至地表所致。研究人员发现，在火山喷发前不久，地面开始移动，最终的距离超过了半米。
利用描述一个地下岩浆库物理特性的方程，研究人员将GPS测得的地面移动数据转化为岩浆库内部压力的变化信息。这反过来又与来自喷发的火山灰能够达到的高度紧密相连。
地震仪器能够探测到一次即将发生的火山喷发，这是缘于地震通常会在这些地质事件发生之前迅速出现。但赫雷斯多蒂尔表示，只有GPS数据能够表明，即将到来的火山喷发的实际规模。
格里姆火山位于冰岛的东南部，是冰岛最活跃的火山之一，自20世纪20年代以来已多次喷发。格里姆火山位于约12米厚度的瓦特纳大冰川地底下。火山不断加热覆盖在它上方的冰层，让其融化成水层，填补了冰川和火山之间的空隙。这层水层给火山施加压力，使火山处于一个稳定的状态。随着地底冰川融水的流出，火山所受到的压力也逐渐减轻，火山的熔岩则会跟着溢出到地表。
⑵研究显示超级火山爆发间隔短于此前估计。[21]2017年12月，英国布里斯托尔大学教授乔纳森·鲁热等专家组成的一个研究团队，在《地球与行星科学通讯》杂志上发表研究报告称，超级火山爆发被认为是对地球影响极大的地质灾害，他们近日的研究显示，超级火山爆发的平均发生间隔，可能比原本认为的时间短，在人类文明时代还不能排除这种灾害再次出现的风险。
一般把能够引发极大规模爆发的火山称为“超级火山”，火山喷发的大量岩浆以及火山灰，会给大陆地形和全球天气带来剧烈变化。
经过分析一个包含近10万年以来地质资料的数据库，研究人员发现，超级火山爆发的平均发生间隔只比人类文明时代(始于1.2万年前的农业革命)稍长一点。
该报告说，在2004年开展的一项评估显示，超级火山平均每4.5万年到71.4万年才会爆发一次，这一间隔时长远超过人类文明时代，但研究团队经过重新分析后认为，这一间隔应该在5200年到4.8万年间，其中最有可能的间隔时长是1.7万年。
从地质学记录来看，最近的超级火山爆发也是在2万至3万年前了。鲁热说，总体上我们很幸运，自从那个时期开始，就没有再遇到任何超级火山爆发，但这并不意味着就不会再发生了，大自然并不是那么规律，我们现在能说的，是火山对人类文明的威胁，要比此前想象中的大。
⑶发现火山气体和岩浆关系复杂程度远超想象。[22]2018年8月6日，英国剑桥大学科学家克里夫·奥本海默主持的一个研究团队，在《自然·地球科学》杂志网络版上发表论文称，火山气体和火山岩浆之间的联系，可能比人们以前想象的要复杂得多，因为火山气体成分会随着气体冷却而发生变化。这一发现，或将会对火山监测工作产生影响。
火山是炽热地心的“窗口”，也是地球上最具爆发性的力量。在岩浆从火山内部向地球表面喷发的过程中，它所受的压力会降低。这导致岩浆中的气体以气泡形式释放出来。由于岩浆成分和火山气体成分是相互关联的，因此可以通过由此及彼的方式了解它们。而这项研究发现，这种联系可能远比先前想象的更为复杂。
此次，研究人员测量了2013年夏威夷活火山基拉韦厄，在温和脱气和强烈脱气期间释放的气体成分。他们发现，当气泡向地表上升并变大时，它们会冷却下来，气泡内部的气体失去与岩浆的接触，导致气体成分迅速发生变化。
火山监测，是掌握火山动向、分析火山活动性、划分火山危险区及可能危害区的重要工作，其对预测、预报和防御火山灾害起关键性作用。研究人员指出，分析火山喷发期间进入大气的气体，可以获取有关岩浆来源和火山活动性质的重要信息。然而，此前通过监测火山气体而进行的危害与风险评估，一直依赖于相对较长时间内的平均气体成分。研究团队提出，这种时间平均法，很可能会错过有关火山行为的一些重要信息，以及本应纳入危害评估中的脱气动态。
（二）研究火山地质结构的新发现
发现安第斯山脉火山下存在巨大水库[23]
2016年11月，英国布里斯托大学科学家乔恩·布朗迪主持的研究团队，在《地球与行星科学通讯》杂志上发表论文称，或许地球从内到外都是蓝色的，他们在安第斯山脉一座火山下发现了一个巨大的水库，而地球内部可能点缀着潜伏在其他重要火山下的类似水库。
这些出乎意料的水域和一部分熔化岩浆混合起来，可能有助于解释火山爆发为何以及如何发生。它们或许还在大陆地壳的形成中起到了一定作用，并且是表明自地球形成以来其内部一直有水循环的进一步证据。
该研究团队在探索位于玻利维亚安第斯山脉目前处于休眠状态的乌尤尼火山时，在其下方15千米的一处巨大异常体内得到了上述发现。与周围的岩浆不同，这种被称为阿尔蒂普拉诺—普纳岩浆体的异常体，会减缓地震波并且导电。
研究团队收集了50万年前乌尤尼火山爆发喷射出的岩石，并将其和不同数量的水混合在一起，然后把它们暴露在模拟异常体的实验室条件下。这包括3万倍于大气压强的压力以及高达1500℃的高温。布朗迪介绍说：“我们在实验室中重现了地球深处的条件。”
他们发现，在特定的含水量下，导电性同在异常体中测得的数值完全匹配。按重量计算，他们估测其含有8%～10%的水。
（三）研究火山活动造成影响的新信息
1．探索火山对生物物种的影响
研究表明火山爆发催生生物物种大灭绝。[24]2013年12月22日，国外媒体报道，在近日召开的美国地球物理联合会会议上，研究人员宣称，经过20多年的尝试后，地质年代学家把最新技术应用于研究火山喷发的玄武岩，以及围绕约2.52亿年前灭绝的生物化石的岩石，终于找到关键证据，表明史上最大生物物种灭绝的罪魁祸首，是西伯利亚的大规模火山爆发。
20多年前，西伯利亚暗色岩的年代和巨大形状，吸引了研究人员的目光，这是一种大型的火山景观。在地球历史一次最大的火山爆发中，喷发的岩浆流到欧洲西部，平铺在西伯利亚地区数百万立方公里的玄武岩上。地质年代学家通过小锆石晶体中缓慢却稳定的铀-238和铅-206放射性衰变测量时间，发现这次火山喷发持续了约200万年，发生的时间大概是大灭绝时期：二叠纪至三叠纪边界期间，即二叠纪结束和三叠纪开始时。但是没有方法可以确定火山喷发是否在大灭绝之前发生并引起了大灭绝。
在过去10年里，地质年代学家继续改善其测量技术。他们开发了一种方式侵蚀溢出一些铀和铅的锆石晶体的一部分，重置其放射时钟。他们还改进了校准同位素测量的方法，并使用相同的技术在一个实验室中对火山爆发和物种灭绝时期的岩石进行年代确认。
美国麻省理工学院的地质年代学家赛斯·伯吉斯和塞缪尔·鲍林，把这些改进应用于暗色岩以及中国眉山的含有二叠纪至三叠纪边界的岩石上。结果发现，岩浆流动发生在大灭绝之前。研究人员认为，火山最初爆发的时间是2.5282亿年前，不确定的范围浮动约为3.1万到11万年。这证明火山爆发和灭绝事件以适当的先后顺序发生，且年代接近程度足以存在因果关系。
现在，研究人员可以专注于分析火山爆发导致大灭绝的可能机制了。在这次会议上，中国科学院南京地质古生物研究所古生物学家沈树忠称，有一种假设应该不成立：火山喷发中的二氧化碳所引起的气候骤然变暖。他在报告中表示，对大灭绝时期沉积物中热敏氧同位素的分析显示，存在8℃到10℃的气候变暖情况。但是，中国南方广西壮族自治区的岩石却表明，这种变暖是在大灭绝之后不久发生的，于是排除了气候在引起大灭绝中的作用。
沈树忠表示，特别详细的中国南方化石记录表明，大灭绝持续的时间很短，只有几千年，这种速度能够支持其他可能的机制，包括火山喷发过程中二氧化硫的排放导致的酸雨。麻省理工学院的大气建模科学家本杰明·布莱克和同事报告称，15亿吨的二氧化硫注入到二叠纪气候的计算机模型中，会将北半球的降雨酸化至ph2，大约是柠檬汁的酸度。他表示，这对于暴露的植物和每种依赖于雨水的动物都是灾难性的。
2．探索火山对地球气候的影响
⑴发现小火山喷发能为地球降温。[25]2014年11月，美国麻省理工学院大气科学家大卫·雷德利主持的一个研究小组，在《地球物理学研究快报》上发表论文称，他们研究发现，小火山喷发在2000年至2013年间，大幅度减缓了全球变暖进程。科学家认为，这一发现，有助于解释所谓的全球变暖在过去15年中的间断现象。
该研究小组说，小火山喷发到大气层中的微小颗粒(即气溶胶)，将太阳光反射回太空，从而使全球平均温度降低了0.05℃至0.12℃。随着温室气体大气浓度的增加，这一冷却效应，代表了这一时期内预期25%至50%的升温幅度。
科学家早就知道，大型火山喷发造成的冷却效应。因为这些地质活动，会将大量光散射气溶胶喷发到平流层中。例如，菲律宾的皮纳图博火山，在1991年6月喷发后的几个月里，使地球的温度冷却了十分之几摄氏度。
雷德利指出，科学界对于小火山喷发的冷却效应，却一直存在巨大争论。这是因为科学家曾假设小火山喷发的大部分气溶胶，并不能越过对流层，而所有的天气过程均发生在那里，并且这里的自然过程能够迅速清理大气中的微粒。
雷德利说，正是基于此，科学家一般都会忽略高度低于15公里的卫星数据。他强调，这是因为这些层位中的个别液滴或冰粒会使计数器产生混淆。
在热带地区，平流层与对流层的边界，大约在15公里的高度。但雷德利指出，在温带和极地地区，这一边界大约只有10公里的高度。这便在较低平流层中留下了一个5公里厚的缺口：具有冷却气候作用的气溶胶会存在于此，但却并不会出现在卫星数据中。
因此，雷德利研究小组从其他渠道搜集数据。其中一些来自位于北半球的，用于探测大气的4个地基激光站点。通过测量激光被反射回地球的数量，研究人员能够估算不同高度的气溶胶浓度。由高空气球和卫星采集的数据，则有助于对激光测量结果进行反复核对。同时，一个测量到达地面的光线总量的全球传感器网络，使得科学家能够了解在不同的高度，有多少辐射被大气气溶胶反射回太空。
最终，研究小组的分析表明，较低的平流层，实际上包含了，大量未被计算在内的来自小火山喷发的气溶胶。采自日本筑波附近一处站点的数据显示，大约1/3的平流层气溶胶，位于15公里以下，它们大部分来自于小火山喷发。而俄罗斯托木斯克附近的一处站点则发现，平均而言，大约一半的平流层气溶胶，位于15公里的下方。雷德利说，在这些较低的平流层中，气溶胶浓度会在火山喷发后升高，之后再减少。
图恩指出，不过，这种小火山喷发造成的冷却效应，并不能完全解释自20世纪90年代末期以来，地球平均气温升高出现的延迟现象。科学家越来越相信，其余大部分丢失的热量进入了深海水域。科学家猜测这种冷却效应的另一个来源，是源自东亚地区的工业气溶胶。
⑵发现火山活动多寡会造成地球冷热变化。[26]2016年4月21日，美国得克萨斯大学奥斯汀分校网站报道，该校地质科学系首席研究员莱恩·麦肯齐、教授布莱恩·霍顿带领的一个研究团队，在《科学》杂志上发表论文提出，与大陆板块构造运动相关的火山活动，可能是过去几亿年来地球气候冷热变化的原因，并解释了为何会有这种周期性波动。
该研究探索了地球基准气候的长期变化。麦肯齐说，他们发现在过去的7.2亿年中，当沿着大陆弧的火山活动更活跃时，气候更温暖，可称为温室期；反过来当大陆弧火山活动较少时，气候更寒冷，可称为冰室期。
大陆火山弧系处在活跃的大陆边缘，是两个构造板块会合时造成的，如安第斯山脉，海洋板块冲入大陆板块下面形成潜没区，此时岩浆会与地壳中的碳混合，当这里火山爆发时，会把二氧化碳释放到大气中。
麦肯齐说：“大陆弧系可以通过地壳被探测到，它们容易和地表以下的含碳岩石相互作用。”人们早就知道，大气中二氧化碳含量影响地球气候，但什么原因导致了二氧化碳的变化还不清楚。这项新研究指出，地质活动释放到大气中的二氧化碳数量，是地球气候的主要驱动力。
研究人员用了近200篇已发表研究中的数据和自己的调查数据，建立了一个数据库，构建了过去7.2亿年间大陆边缘火山的历史。通过研究火山弧附近的沉积盆地，观察历史上不同大陆的锆石产量的变化如何反映冰室和温室的过渡。他们发现，产生锆石多的时期是温室期，随着锆石产量减少，就转入了冰室期。
霍顿说，此项研究的不同之处在于，调查了极漫长的地质记录，这期间发生过多次温室与冰室交替变换的事件。较冷的冰室期往往和形成超级大陆有关，此时大陆火山活动减少；较温暖的温室期与大陆破碎有关，此时大陆火山活动增强。
⑶数据表明汤加火山喷发不会对全球气候产生太大影响。[27]2022年1月19日，美国航空航天局发布公报说，该机构科学家分析卫星观测数据后认为，汤加洪阿哈阿帕伊岛近日发生的火山剧烈喷发，不会对全球气候产生太大影响，火山喷发向大气中注入的二氧化硫气体量远未达到对气候产生影响的阈值。
公报表明，多颗地球观测卫星在洪阿哈阿帕伊岛火山喷发期间和喷发后收集了数据，该机构灾害项目科学家正对相关图像和数据进行汇总分析。
1月15日拍摄的卫星图像显示出汤加火山喷发的巨大威力。公报援引密歇根理工大学火山学家西蒙·卡恩的话说，喷发形成的伞状云团最大直径约500公里，与菲律宾皮纳图博火山喷发的规模接近，然而与皮纳图博火山这样的纯岩浆喷发相比，汤加火山喷发中海水的介入可能增加了其爆炸性。
公报说，15日至16日的卫星观测还显示，汤加火山喷发物上升高度达到31公里，少量火山灰和气体可能已升至距地面39.7公里的高空，这表明喷发物已进入大气平流层。与更靠近地面且较为潮湿的对流层相比，火山喷发物在干燥的平流层停留时间更久，传播距离更远。如果足够多的火山喷发物进入平流层，有可能对全球气候产生降温效应。
但美国航空航天局科学家分析卫星观测数据后认为，汤加火山喷发预计不会对全球气候产生太大影响。根据卫星观测估算，汤加火山喷发向上层大气注入约40万吨二氧化硫，而一般至少500万吨二氧化硫进入上层大气才会对气候产生影响。科罗拉多大学大气科学家布赖恩·图恩解释说：“就可能对气候的影响而言，汤加火山喷发与过去20年发生的十几次火山喷发没什么不同。这种影响，可能会在非常细致的数据研究中被观察到，但影响太小，普通人无法感受到。”
汤加火山喷发对环境的具体影响还有待进一步评估。康奈尔大学研究火山灰影响的研究团队18日发表声明说，除了火山灰层和海啸对基础设施造成的直接损坏外，厚厚的火山灰还对人体健康和环境造成极大危害，海水与火山灰颗粒的相互作用加剧了这些危害。
