岩石的机械破坏火山爆发VIP免费

2018年初，夏威夷异常降雨。现在的模型表明，地下水压力由于降雨而增加：这可能引发了该岛基拉韦厄火山喷发的变化。夏威夷岛上的基拉韦厄火山最近一次喷发始于1983年。35年以来，其大部分岩浆来自于火山中的一组裂缝，即上东裂谷带。但是在2018年5月3日，基拉韦厄岛的东下裂谷地带开放，让位于岛1东南部的大量熔岩倾泻而去（图1）。一个重要的问题是，为什么这种变化发生在2018年5月，而不是在喷发过程中的早晚发生。在写自然，Farquharson和阿梅隆2建议在2018年初增加地下水的压力，这反过来，使得它更容易为岩石断裂，因此岩浆上升到表面上的新位置的雨量破纪录的水平。将岩浆带到地球表面的途径的创建始于岩石的机械破坏。可以通过两种方式发生此故障：新的裂缝可能会打开，或者现有的故障可能会打滑。地下水压力的变化可以促进这两个过程。对于前者，流体压力的增加减少了打开新裂缝所需的应力。对于后者，当平行于断层作用的应力（剪应力）克服垂直于断层的应力（法向应力）时，断层会滑动。这些法向应力起到将故障钳位的作用。岩石中的流体压力增加会在不改变剪切应力的情况下降低法向应力，从而促进断层破坏。大雨增加了地下水位，从而增加了地下水压力。夏威夷的火山岩具有很高的渗透性，可以使水渗透，压力变化可以传播到几公里的深度，接近岩浆的储存地。流体压力的变化需要时间才能从表面传播到这些深度。因此，岩石破裂随时间的向下迁移，以及地表水积聚和深度3破裂之间的时间滞后，将成为表明降雨是基劳亚岩石破裂原因的关键指标。Farquharson和Amelung对到2018年5月3日火山爆发前几个月的降雨引起的基劳埃亚压力变化进行了建模。他们的模型显示，在几公里的深度，压力增加了数十至数百帕斯卡。在这些变化的基础上，加上四组观测结果表明基拉韦厄火山喷发与大量降雨有关，作者认为，强降雨促进了岩石破裂，使岩浆流入下东裂谷带。他们的假设合理吗？他们的模型计算出的压力变化很小-小于潮汐应力。但是，如果岩石已经接近破裂，那么这种变化可能足以引发破坏。2018年的火山喷发伴随着6.9级地震，由这种规模的压力变化引起的地震例子很多4。例如，在过去的十年中，美国中部和东部地震频率的普遍增加是由于废水注入可渗透的岩石中，从而增加了水压并改变了应力5。地质记录还证实，地球表面应力的变化可以调节火山活动。在陆地上，冰川退缩促进了火山活动6。冰川期和冰川间期之间的海平面变化可以调节洋中脊7的喷发率。大地震带来的压力增加了火山喷发的可能性8，并且可以改变已经处于活动状态的火山的活动9。尽管已经确定水压的变化会促进地震，但不一定是导致岩浆喷发的直接原因。为了开始穿过地壳，岩浆必须在周围的岩石中产生足够大的应力以打开一条通道。然而，在所储存的岩浆周围的地壳中引发的地震实际上可以缓解压力，因此，它们可能会使岩浆喷发更加困难10。最终，由Farquharson和Amelung假设，水压变化引起的断层破坏是否会在储层岩浆附近发生。2018年从下东裂谷带喷出的第一岩浆是古老的，可能是1955年较早的喷发11留下的岩浆，这表明裂谷带已经很热。结果，裂谷带中的地下水可能在浅深度12处是蒸气，而在较大深度处可能是超临界流体（一种物质，它不是处于明显的液相或气相，而是具有两种性质）。蒸气和超临界流体的高可压缩性将抑制作者模型中压力变化的幅度，从而使失效可能性降低。那么，我们如何才能检验降雨引发东下裂谷喷发的假说呢？不幸的是，地下压力测量以及更广泛的水文地质数据很少是火山监测的一部分。相反，与许多地球科学和地球历史问题一样，我们必须使用喷发的地质和历史记录来回顾过去。为支持他们的假说，Farquharson和Amelung分析了自1790年以来在基拉韦厄发生的所有报道的火山喷发，并显示该火山倾向于在一年中最湿的时间喷发。大雨过后，我们是否应该提高火山的警报级别？对于其他应力变化，例如来自区域地震的应力变化，我们可以问相同的问题。这是一个悬而未决的问题。这些应力变化很小，因此，如果有的话，可以调节表面喷发的确切时间。在基拉韦厄，还有其他压力—源实际上，根据地面变形测量和推断的岩浆运动，预计火山喷发行为将...