牛津大学的研究人员发现，剪切波分裂的变化可以预测火山喷发及其严重程度。御岳火山在一次大规模喷发前，信号发生了显著变化，这为火山喷发提供了一种颇具前景的早期预警工具。由地球科学系迈克·肯德尔教授领导的一项新研究探索了一种提供火山爆发早期预警的新型监测方法。

日本本州岛御岳火山鸟瞰图。图片来源：山冈耕俊博士

研究小组分析了日本御岳火山两次喷发（一次规模较小，一次爆发性喷发）的地震信号，发现剪切波分裂的特征随喷发规模的不同而变化。

该研究发表在《地震》杂志上，表明追踪这些信号可以作为潜在危险火山活动的有效预警系统。

预测火山爆发

对于居住在火山附近的居民来说，预警系统对于生存至关重要，但对这些警报的不信任可能会导致悲剧性的后果。为了降低误报的风险，科学家必须找到更可靠的火山活动监测方法。

在一项新的研究中，牛津大学的研究人员研究了一种称为剪切波分裂的地震现象，将其作为对危险火山爆发进行早期预警的潜在工具。

当火山内部的岩浆和岩石移动时，会产生地震波，但这些信号通常很复杂，难以解读。这项研究旨在确定一个可靠的参数，不仅可以指示火山爆发的时间，还可以预测火山爆发的严重程度。

剪切波分裂

剪切波分裂是一种地震剪切波根据其极化程度以不同速度传播的现象。岩石内部的裂缝和裂隙会减缓地震波的速度，但对穿过裂缝和裂隙的地震波有更大的延迟作用。如果裂缝沿一个方向排列，剪切波分裂的量就会增加。

御岳火山被白雪覆盖。图片来源：堀川真一郎博士

火山下方流动的岩浆和流体会对周围的岩石施加应力，导致裂缝在某些方向上张开，在其他方向上闭合。研究剪切波分裂随时间的变化对科学家来说非常有用，因为它可以告诉他们这些裂缝在哪里张开和闭合。但研究团队希望更进一步——测试火山爆发期间更大的应力变化是否也会导致剪切波分裂量发生更显著的变化。

“地震各向异性——即岩石成分和内部裂缝对以直角振动的剪切波速度的影响——是一个有据可查的现象，”牛津大学地球科学系迈克·肯德尔教授说道。“当我们思考各向异性如何随着火山内部压力的增加而增强时，我们很兴奋地探索我们是否能够探测到这些变化，以及这是否可以成为一种可以应用于早期预警系统的独特信号。”

御岳火山观测

研究小组通过检查日本本州岛御岳火山两次喷发时的地震信号，验证了这一理论。2007年的火山喷发规模较小，对周边社区的影响也小得多，而2014年的火山喷发规模更大、更具爆炸性，不幸的是，也更加致命。

他们兴奋地发现，在规模较小的喷发中，剪切波分裂的量始终保持不变，但在规模较大的喷发中，御岳山爆发前的分裂量翻了一番。研究小组认为，2014年喷发期间更大的应力变化增加了观测到的剪切波分裂，这表明分裂量与喷发规模之间存在有用的关系。

远处的御岳火山。图片来源：堀川信一郎博士

共同作者寺川俊子教授（名古屋大学）指出：“火山构造地震的震源机制在2014年火山爆发前后发生了巨大变化。整合剪切波分裂和地震震源机制的数据，可以更深入地了解火山爆发所需的条件。”

合著者玛莎·萨维奇教授（惠灵顿维多利亚大学）补充道：“日本御岳山两次火山喷发的记录表明，该方法不仅可以显示火山喷发前的变化，还能帮助预测火山喷发的规模。这项研究是全球人民如何合作解决重大社会问题的典范。”

有价值的预警系统

由于剪切波分裂的变化发生在御岳山喷发之前，监测火山的科学家将能够利用这一参数作为重要的预警系统，并预测火山喷发的破坏力。这为保护当地社区免受火山喷发的毁灭性影响提供了一种新方法。

“我们预计全球其他火山也会出现类似的效应，而不仅仅是御岳火山，”论文合著者汤姆·凯特蒂博士（牛津大学地球科学系）说道。“由于火山应力的变化发生在火山喷发前，我们预计剪切波分裂也会出现变化。这可能是火山喷发早期预警的宝贵工具，尤其对当地社区而言。”

编译自/ScitechDaily