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红外线技术可准确预测火山爆发时间和强度

2008-11-27 10:23
瑾年Invader
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俄罗斯克柳切夫斯科伊火山喷发熔岩,上图为红外线图像


    据国外媒体报道,火山爆发之奥秘何在?全球数百名勇敢的科学家正在冒死寻找这一答案。其中一位这样的冒险科学家就是美国匹兹堡大学的地质学家迈克尔·拉姆齐,他花了12年时间来研究火山爆发的行为。如今他正利用热红外线辐射技术和美国宇航局与气象卫星的数据来预测火山将何时爆发且爆发强度有多大,以帮助人们赶快撤离危险区。


    热红外线辐射技术可以拍摄人类肉眼不能看见的红外线图像,以帮助像拉姆齐这样的科学家跟踪世界1500座活火山里面和周边所出现的致命热能。从这些图像获得的数据可以在危险到来之前提醒人们火山将会爆发,此技术或许有一天能让科学家更好地预测火山爆发。拉姆齐说:“全球十分之一的人口生活在活火山底下,因此这是一个影响全世界人民生存的问题。”从太空鸟瞰,由围绕地球运行的卫星所获得的高清图像显示,活火山很突出,像圣诞树上的灯。当它们准备爆发时,就会发出明亮的白光。而它们的冷却速度可以告诉科学家有关其地质学组成,从而进一步帮助科学家预测这些火山是否将会猛烈爆发。


    在美国国家地理学会探索研究委员会的资助下,拉姆齐和他的研究伙伴――地质学家亚当·卡特整理从美国宇航局土地(Terra)卫星上的星载热量散发和反辐射仪(ASTER)所拍摄的地球图像,并与卡特在俄罗斯远东地区的堪察加半岛上的一处活火山所采集的地面样品和地面图像进行了比较。在此火山快要爆发的前几天里,卡特利用红外线相机――前视红外线辐射仪(FLIR)拍下了别济米安纳(Bezymianny)火山的熔岩穹丘和山坡上堆积的火山灰,同时还记下了它们的表面温度。卡特说:“别济米安纳火山爆发相当准时,一般一年爆发二次。我们想跟踪它,看它是否有任何警告信号。”结果表明确实有警告信号出现。通过比较,拉姆齐和卡特识别到热能警告信号就出现在此火山于2006年12月爆发前的关键性的四天里,当时ASTER的数据显示此熔岩穹丘的温度猛然上升了至少20摄氏度。
 

    由于此卫星图像获知的是整个火山的平均温度,因此科学家知道在某些地方的温度可能比此平均温度高许多倍。这些数据还表明他们的小组能识别微妙的地质变化,包括熔岩、岩石和火山灰,从而提前预测别济米安纳火山的爆发。此研究结果将帮助科学家准确预测火山爆发的时间。


    科学家已经知道火山爆发是由密度和压力导致的。地球上地幔中的岩浆密度比岩石小,在强压下从地表薄弱点涌现出来。当岩浆上升时,里面的气体和水快速膨胀,导致火山爆发。高硅含量的火山爆发特别猛烈,因为它们常常产生更多的粘稠熔岩,并携带大量的气泡。当维持气泡稳定的压力变动时,这些气泡就成了猛烈且危险的爆发因素。然而,科学家很难实时观察到这一过程。


    虽然别济米安纳火山周边的人口很少,但此火山爆发也是人类的一大威胁,影响航空飞行,这就是科学家为何研究堪察加半岛火山爆发的原因。每天往返欧美亚的航班有好几百架,都要经过堪察加半岛的上空。而火山爆发喷射出来的火山灰可以到达大气的同温层,在顺风下还能扩散数百公里。显然,飞入这些火山灰云的飞机会面临重大危险,导致其发动机熄火。事实上由此已经导致了几起重大的航空事故。自从1980年以来,美国航空局表示至少有15架飞机在北太平洋上空被火山灰云所毁坏,幸庆的是没有人员死亡。于是,往往在火山爆发时期,这一带的飞机只得改变航线或取消航班,这下可要增加数百万美元的燃油费。


    美国航空官员认为新一代卫星可以利用更高清的热红外线成像仪让他们能更加精确地探测到微妙的温度变化,从而更加准确地预测火山爆发。红外线成像技术还有其它好处,可以让火山学家呆在安全地带研究火山,一般是距离火山爆发地4公里之外为安全地带。随着技术的进步和红外线相机价格的下降,全球科学家会找到创新办法来将相机架设在火山更近的地方,从而在火山重大爆发时还能继续拍摄。


    在火山研究中,有大约10%的科学家因此丧命或受重伤。拉姆齐和卡特希望下一代卫星能提供更好的高清图像,好让他们按部就班地探测火山爆发的警告信号。


    (助编:xiaohu)

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