月球的潮汐力掌控着海洋的潮涨潮落,与此同时,潮汐力会对陆地的地质活动产生影响、引发火山喷发或地震吗?在很长一段时间内,科学家给出的答案都是否定的。但通过新西兰的一次火山喷发,科学家意识到,潮汐力与某些类型的火山可能存在着不可忽视的联系。纵观历史,人们一直怀疑月球扰乱地球表面的正常生活。从让人发疯到影响植物生长,尽管这些联系大多没有事实支持,却仍然在人们脑海中顽固存在。
但是在海岸上,月球的影响力不容争辩。早在伊萨克·牛顿的引力理论提供物理解释以前,潮汐与月相之间的联系就已经是显而易见的。既然月亮对液态的水有如此强烈的影响,难道不会对陆地有相同的影响吗?早在公元1世纪,哲学家老普利尼就推测,月亮在天空中的运动可能会引起地震和火山喷发。
在19世纪统计学家们就在争论这种联系的显著性,直到20世纪七八十年代地球物理学家仍然未放弃这种主张,直到由于缺乏证据最终被学界主流所抛弃。Susan Hough在一月份发表的一篇引人注目的论文可以极好地概括这一领域的现状。作为美国地质调查局的地震学家,她在着手回答一个古老的问题:大地震发生的时间是否与月球的相位恰好一致?答案可以概括为一个词:没有。
大多数专家认为,地震和火山喷发等自然灾害应归咎于别处。但即使潮汐引力不足以引起火山喷发,可这并不意味着它们的影响应该被忽略。事实上,新的研究表明,一些火山对月球引力的反应比我们此前认为的更加敏感。这些知识可以帮助我们预测这些火山会在什么时候酝酿最具灾难性的喷发,为我们提供至关重要的早期预警从而挽救生命。一些研究人员甚至希望,这些影响可以让我们为更加不可预测的致命地震提供预警。
地球上大多数火山和地震活动发生在构造板块的边界,在边界处,地球内部的高温高压在表面也得到体现。对于火山,底部渗出的岩浆可以作为早期的主要预警信号:大地形变增加,二氧化硫等气体含量升高或者地表重力或温度发生微小改变。但不是所有的火山喷发有易观测的岩浆池。当火山下面聚集过热的高压蒸汽和气体时,会发生高度爆炸性的蒸汽喷发,几乎没有任何预警信号。
康奈尔大学的Matthew Pritchard谈到:“事实证明蒸汽喷发很难预测,并且可能是致命的。”例如,日本的御岳山 2014年爆发,造成63名徒步旅行者死亡,是日本境内1926年以来后果最严重的一次火山喷发。尽管蒸汽喷发在1900年以来记录的18,000多次事件中只占5%左右,但它们确实很可能是最致命的。没有人预见到2007年Ruapehu火山的喷发。
2007年9月25日,新西兰最大最活跃的火山Ruapehu就发生了一次这样的喷发。尽管没有造成死亡,但是喷出的大量岩石、蒸汽和其他气体被带到了数千米的高空。火山喷发还导致周围的地面发生了长达7分钟的里氏2.9级地震,两条火山泥流(快速移动的火山岩流,携带着泥土和岩石)冲下了坡,造成了一名正在附近睡觉的22岁登山者受伤。
NASA加州喷气动力学实验室(JPL)的地球物理学家Társilo Girona表示:“这次喷发是突然发生的,预先没有任何地球物理方面的征兆。理解这次喷发中发生了什么十分重要。”因此在2016年,当Girona和他的同事们从Ruapehu火山口附近的传感器获得连续12年的地震数据时,他们立即开始着手研究。令他们吃惊的是:在2007年爆发前的三个月中,火山周围记录的地面震动似乎与月球周期的影响同步。
换句话说,随着潮汐引力的增加,地震活动也在增加。月球的黑暗面研究结果令人费解。潮汐引力引起了火山活动这种事情在太阳系其他地方也有发生——例如木星的卫星Io,除了木星本身之外,它还必须与三个大型相邻卫星的引力平衡。但有充分的理由相信,这种力量不会在地球上引起同样的火山活动。虽然太阳和月球的引力叠加足以移动我们星球表面的水,但这种引力太小了,不足以破坏固体岩石、引起火山喷发。
Girona表示:“潮汐引力比触发爆发所需的压力要小三个数量级。”尽管如此,结果依然很明显。从统计学角度来看,偶然发现相同结果的概率是350万分之一。在其他物理学领域,这种等级的证据足以支撑宣布发现新粒子。但是对于Ruapehu,又发生了什么呢?Girona很快解释说,他的研究并不是为了揭开火山喷发与潮汐之间的联系。而在有数据记录的大部分时间里,他的团队所研究的震动几乎完全不受月球相位的影响。
唯一的例外是2007年Ruapehu爆发前的关键数月。“这表明,当火山处于临界状态时,地震活动对潮汐力作出反应——原则上我们可以用它来探测火山何时处于临界状态。”他说。在蒸汽喷发的酝酿过程中,数十万吨的蒸汽被困在岩浆室内。就像你能在湖泊中看到潮汐作用而你的浴缸没有反应一样,巨量的气体对月球的吸引特别敏感。加州大学伯克利分校的Michael Manga对这个发现很好奇。
他表示:“将火山地震对微小外力敏感程度的增强,用作探测火山是否将要喷发的方法是合理的。”验证理论然而,对于Hough而言,Girona的说法是否成功的标准是他的理论能否在另一次喷发之前再次得到验证。她表示:“针对Ruapehu的模型是否具有预测能力仍然有待观察。”然而,Girona的问题可能是找到足够有连续地震监测数据的火山。
自1500年以来,只有35%的火山发生过喷发,并且只有其中一小部分的数据可以和Ruapehu一样免费在线获得。而且,Girona担心,他的数据中清晰显现的效果在其他地方可能不会如此显著,因为新西兰有着已知最大的海洋潮汐之一。他说:“假如世界上某地的潮汐对火山有影响,我认为会是新西兰。
”这就是为什么研究人员正在日本和哥斯达黎加寻找合适的火山,这样他们可以在世界上对潮汐不太敏感的地区重新验证他们的发现。罗马大学的Gianluca Sottili也参与了该领域的研究,他的研究对象是意大利Stromboli岛上的火山,该火山几千年来几乎一直处于持续喷发状态。他的工作表明,在2010到2011年间的17个月内,每小时的喷发次数每14天出现一次增长,与满月和新月的潮汐最大值一致。
类似地,附近西西里岛上常年活跃的埃特纳火山似乎在其侧翼变形与月相之间表现出了某些联系。 Sottili说,当火山已经处于喷发状态时,它的活动很可能会被潮汐引力调节。对于Sottili来说,Girona在Ruapehu的工作标志着第一次将月球周期和火山喷发前的活动联系在一起。他表示:“他的研究让我们对潮汐引力和陆地火山喷发之间关系的理解进了一步。
”如果他的团队能够在其他火山上复现结果,Girona希望开发一个实时监测工具,全世界的火山观测站可以用它来识别喷发前的关键状态。尽管不可能事先知道喷发的确切时刻,但他希望这样的预警系统至少能拯救一些生命。Pritchard也表示:“寻找蒸汽喷发前的新征兆是非常重要的工作。”但Girona的梦想更宏大。对于他来说,更有价值的问题是:月球的引力是否对地壳运动也有微小但可测量的影响?
以及是否可以利用这种影响来预测地震和火山喷发?探究这一问题的方法是看潮汐引力作用是否会对高压下的构造板块的整体地震活动模式产生微小的影响。Girona表示他正与比利时根特大学的Corentin Caudron合作,他们正处在对相关数据进行初步研究。然而,鉴于地震的预测要比火山活动难得多,要使同行信服,他们的结论必须天衣无缝。Hough表示:“如果时间证明我错了,我会第一个喝彩。
但我不认为这个时刻会很快到来。”