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      EN
      火山噴發過程與其他海峽海嘯成因淺析
      2024-01-10 14:38:00

          前言

          截止撰稿,2018年12月22日晚發生的印尼巽他海嘯共計造成430人死亡、1495人受傷、另有159人失蹤、21991人失去家園;位于印尼萬丹省西冷縣和板底蘭縣西部沿海多地的房屋、道路、農田、設施等被毀,造成了巨大的人員傷亡和財產損失,引起了全世界對災區的關注,同時也引發了對印尼喀拉喀托海底火山噴發與巽他海嘯成因問題的探討,下面筆者針對成因問題提出一些自己的看法以拋磚引玉。

      一、 喀拉喀托火山的噴發過程

      1. 火山的演化

          喀拉喀托火山位于爪哇島和蘇門答臘島之間的巽他海峽,是沿著巽他海峽N35E(北偏東35度)火山線分布的一座火山,也是巽他海峽中唯一一座有明確的歷史噴發記錄和強烈地震記錄并曾引發海嘯的活躍火山。據Huchon和Le Pichon(1984)的觀點,巽他海峽處于地殼拉張裂谷帶內??ν谢鹕教幱谫闼{NW(北偏西45度)向拉張裂谷內,同時也受到澳大利亞板塊向NE俯沖的影響。印尼火山島鏈以喀拉喀托火山為分界,北側蘇門答臘島火山呈NW(北偏西45度)向分布,南側爪哇島、巴厘島、怒沙登加拉島等的火山呈近EW(東西向)分布(圖1)。

      圖1 印尼火山鏈圖

          目前所謂的喀拉喀托火山指的是1883年后形成的喀拉喀托火山。老喀拉喀托火山大約形成于公元416年前后的一系列劇烈的火山爆發并形成了一個直徑約為7千米的破火山口。老喀拉喀托火山只殘存下Verlaten和Lang兩座島嶼,隨著火山活動的持續,后面逐漸形成了Rakata、Danan和Perbuwatan三座火山(圖2)。

          本次噴發的喀拉喀托火山形成于1883年一次大規模的爆發,劇烈的爆炸導致Danan和Perbuwatan兩座火山發生坍塌沉入水下,只留下Perbuwantan火山的部分椎體。這次噴發是印尼歷史上第二大的火山噴發,引發了毀滅性的海嘯共造成36,000多人死亡。該火山形成之后的近半個世紀處于沉寂狀態,直到1927年才開始變得活躍起來??ν谢鹕降难莼^程具有明顯的階段性特點,首先經歷漫長的造盾過程,然后突然爆發并發生破壞坍塌,再在原有的破火山口基礎上形成新的火口,新的火口經歷一段時間的沉積之后便開始活動?;鹕綆r巖性的演化也與火山地質的演化具有一致性的特點。

       

      圖2 喀拉喀托火山簡化地質圖,外圍虛線為推測1883年前火口范圍,內側虛線表示200米水位等深線,P和D分別代表1883年的Perbuwatan和Danan火山的火口位置。(參考Stephen Self, 1981,Nature)

      2. 火山的活動 

          喀拉喀托火山形成后的噴發活動始于1927年,當時山體仍位于海面以下。自1929年以來,火山錐體開始露出海面。一直到現在,喀拉喀托火山的椎體仍在隨著火山活動不斷生長,2018年9月測得火山海拔高度為338米。自2018年6月18日以來,喀拉喀托火山主要以小規模的活動為主,爆炸產生的噴發柱上升至火口沿上方幾百米至一兩千米不等,偶爾傍晚可見到火口處的炙熱巖漿溢出,地震監測臺站可以接收到火山震顫、火山地震和諧波震顫等信號?;鹕降念A警等級一直保持在II級(ADVISORY),并沒有引起印尼當局的重視和國際相關科研單位的注意。

       

      圖3 喀拉喀托火山(2017年2月25日Lund Andersen攝)

          自1927年喀拉喀托火山出現至今,共計噴發上百次。近期分別在2016年6月20日、2017年2月19日發生過噴發(圖3)。2018年6月29日以爆炸的形式開始活動,爆炸產生的火山碎屑物降落在火山周圍1千米范圍內。自2018年7月23日以來,在海岸附近可觀察到白熱物質(巖漿)活動。2018年12月22日上午9時03分,喀拉喀托火山又發生一次爆炸,產生的火山灰柱升至火口沿上方300-1500米。記錄到的最大地震振幅為58毫米。推測火山錐體發生崩塌是在當日晚上21時左右,然后海嘯分別在21時27分、21時40分、21時35分和21時27分抵達Marina Jambu潮汐站、萬丹潮汐站、Tanggamus Regency潮汐站和Stasiun Panjang潮汐站。

       

      圖4 喀拉喀托火山危險區范圍圖

          海嘯發生后,火山活動性仍然較高?;液谏膰姲l柱高出火口約500米,并向北和西南方向隨風飄逸。地震活動仍然以連續震顫為主,最大振幅為32毫米。在火山周圍2千米內容易發生災害。根據目前對火山活動強度的監測與判定,當地時間2018年12月27日上午6時00分當局將火山預警等級由II級(ADVISORY)升至III級(WATCH)?;鹕娇?千米范圍內為危險區(圖4),具有火山灰、火山碎屑濺落的危險。隨著火山活動的不斷持續,喀拉喀托火山的椎體也在不斷的縮小。

      二、 巽他海峽海嘯的成因分析

          由火山噴發引發海嘯的情況并不罕見,歷史上有多次相關實例并造成嚴重災害。例如青銅器時期位于愛琴海的圣托里尼島火山噴發、1792年日本云仙岳火山噴發、1883年印尼喀拉喀托火山噴發等。相對于海底地震,由火山噴發所引發的海嘯往往具有波浪周期短,海嘯破壞范圍廣的特點。如圖5中的野外調查點均發現本次海嘯所產生的不同厚度的沉積物。根據印尼地理空間信息局(BIG)潮汐站的觀測數據,第一波海嘯抵達Marina Jambu觀測站的時間是21時27分,海浪高度為1.4米;抵達萬丹潮汐站的時間為21時40分,海浪高度為0.27米;抵達Kota Agung站的時間為21時35分,海浪高度為0.36米。受海嘯影響較大的區域主要包括萬丹省西冷縣的西南沿海和萬丹省板底蘭縣的西部沿海地區,楠棒省南楠棒縣部分地區也有所波及。板底蘭縣南部的Sumur地區由于道路中斷,影響了救災和科考工作的進行。

       

      圖5 巽他海峽海嘯的傳播與影響范圍

          在海嘯發生之前,喀拉喀托火山自2018年6月以來活動不斷,但活動強度并沒有明顯增強。2018年12月22日發生的海嘯最有可能是由于火山爆炸造成部分椎體和物質下降引起的,尤其是火山南部和西南部的火山側翼坍塌。通過對火山發生崩塌前后的衛星影像進行對比發現,火山錐體西南側的大部分崩塌缺失(圖6),另外也可見海嘯發生一小時后,火山錐體周圍仍在激蕩波浪。經ArcMap對錐體坡度進行分析,崩塌大部分坡度為27°-37°之間,是錐體最陡的部分(圖7右),換句話說就是錐體越陡越容易崩塌。通過對錐體表面進行3D Analyst分析,崩塌部分表面積約為0.3km2,海面以上崩塌體積約為54,000,000m3,因為缺少海面以下火山錐體的數據,暫時無法對整個火山錐體的崩塌體積進行估算,但是可以預料的是海面下崩塌體積的數值應該比我們想象的更巨大。因此,由于火山爆發導致錐體崩塌,從而引發海嘯也就不足為奇了。另外,海嘯發生后,喀拉喀托火山錐體周圍的三座火山島對海嘯的傳播是有一點的阻擋效果的,會相對的減弱海嘯在某一方向上的海浪高度,對海岸造成的災害也較輕。

       

      圖6 巽他海峽海嘯發生前后火山錐體變化,左圖:2018年12月10日22時33分,右圖:2018年12月22日22時33分(來源:歐空局哨兵1A遙感衛星,覆蓋范圍:105.3°E~105.5°E,-6.0°S~-6.2°S)

       

      圖7 左圖:2018年12月22日喀拉喀托火山錐體發生崩塌,左圖灰色部分為水面以上的崩塌部分;右圖:對喀拉喀托火山錐體崩塌前進行坡度分析

      三、 討論

          火山噴發之后,會直接的產生火山災害,也會間接的產生次生災害。今年6月3日危地馬拉富埃戈火山噴發,產生的火山碎屑流火山灰等奪走了上百人的生命。而對于喀拉喀托這種海底火山,由于其深處海洋周邊無常住居民,火山噴發造成的直接火山災害往往危害性不大,但是一旦引發海嘯后果將不堪設想,而我們往往對這類型的火山疏于重視。印度尼西亞島鏈是西南太平洋最為活躍的一條“火鏈”,生活在該火山區的居民數量也為世界之最?;鹕?、地震、海嘯不斷的困擾著這個多災多難的國家。本次印尼巽他海峽海嘯的救援和科考工作還未結束,又發生6.1級地震以及斯坦普、默拉皮、錫納朋、阿貢等火山的噴發。

          筆者曾隨樊祺誠老師、李霓老師、趙勇偉老師等多次考察內蒙、東北、山西、云南、廣東、海南等地的單成因火山以及復合式火山,也去過潿洲島鱷魚嘴火山公園考察。發現陸地上的火山大多錐體完整,火山機構明顯;而位于北部灣的潿洲島火山口則相對低平且巨大,火山錐體也基本上消失殆盡。所以在海洋環境里,有更多的水參與火山活動中,與巖漿的混合使得火山爆炸的更加頻繁和劇烈,往往導致火口崩塌的更加寬大低平。

      轉自:https://zhuanlan.zhihu.com/p/94727791




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