科學家們是怎麼發現火山活動的?以冰島索比約恩山為例

在今年的1月份,曾經有一條不起眼的新聞:冰島西南部的格林達維克(Grindavik)鎮附近的索比約恩(Thorbjorn)山下有可能有岩漿的聚集,或許會發生火山噴發。

冰島藍湖

在冰島,火山學家們比較關注兩個指標:一是火山附近的地震情況,二是火山附近的地面是否有地形變,也就是地面的上升與下降。當然還會有其他的指標輔助判斷,比如該地區的氣體釋放是否有變化,地熱是否發生了異常等等。但作為短期監測來講,地震和地形變是最直接、最快的訊號。

冰島藍湖及附近的熱電廠

那我們來看看索比約恩山這個案例。索比約恩山距離冰島首都約42公里,距離國際機場約18公里,而距離最近的小鎮格林達維克也就三四公里的距離。遊客們來冰島一定會去藍湖泡一泡溫泉。這次發現的火山異動,就位於藍湖及地熱電站旁邊。

索比約恩山位於冰島的西南角。這裡屬於冰島南部地震帶,是冰島地震最頻繁的區域之一,冰島最近的兩次六級以上的地震都是在這個地震帶上發生的。所以,我們很難從這裡頻發的地震中,發現一些異常。

幸運的是,雖然這個區域的地震活動比較頻繁,但地形變相對穩定。冰島位於板塊邊界,亞歐板塊和美洲板塊會向相反的方向移動,每年會將板塊邊界拉開大約2釐米的距離。板塊移動的速度基本是勻速的,不會有太大的變化。那麼如果我們發現了地形變速度變化,就需要考慮其他原因了。

這次觀測到的地形變速度比較快。在最初的幾天,每天地面上升大約3毫米。這些地形變是透過全球衛星定位系統(GPS,Global Positioning System)和因撒(InSAR,Interferometric Synthetic Aperture Radar)這兩種方法測量的。

位於索比約恩山上的連續GPS裝置,圖片來源冰島氣象局

這裡用到的GPS和我們日常生活中聽到的GPS使用方法及作用類似,都是測量裝置所在的位置。不過我們這裡提到的地形變化測量的精確度,會遠高於我們手機上面的精確度。手機定位範圍一般在幾米到十幾米之間,在訊號不好的地方可能誤差還會更大一些。而在大地測量中使用的GPS,精確度可以達到釐米級甚至毫米級。高精度可以幫助我們看到很微小的地面形變。我們需要這樣高的精度,也是因為我們能在地面上檢測到的火山活動一般發生在地下深處幾公里到十幾公里的範圍內,火山異動產生的地形變訊號有可能只有幾毫米。

GPS測量的地形變速度。圖片來源冰島氣象局

因撒,全名是干涉合成孔徑雷達,是一種遙感測繪雷達技術。GPS裝置需要安裝到觀測的地方,而因撒不需要依賴地面裝置,便可以獲取我們的地形變化。GPS測量的是裝置所在的點在不同時間內的位置變化,而因撒測量的是某個區域在兩個時間之間的地形變化(如下圖所示)。它的精度也可以達到釐米,甚至是毫米級。但由於遙感訊號會受到氣候、植被、降雪等許多因素的影響,在一些天氣不好或是被大雪覆蓋的時節,因撒的使用會很受限。

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