[Nazology x AIST 杂志：研究人员解决未解之谜] 推断隐形火山内部有什么！就像侦探“火山研究”

[Nazology x AIST 杂志：研究人员解决未解之谜] 推断隐形火山内部有什么！就像侦探“火山研究”

[Nazology x AIST 杂志研究人员正在解开未解之谜]猜猜隐形火山里面有什么！就像侦探“火山研究”

发布于 2024 年 10 月 2 日
采访和文字：Haruka Iwasaki、Ken Uminuma，Nazology 编辑部

　日本有111座活火山，占世界活火山的7%。因此，如果你住在日本，脑海中一定会浮现出一座熟悉的火山。您可能对附近的一座火山感到好奇，并说：“我听说这是一座活火山，但它有一天会喷发吗？”
　如果台风有危险，可以通过气象卫星图像直观地确认，而地震虽然难以预测，但我们知道其原理在于板块的扭曲。但火山是如何形成的，何时喷发呢？活火山和死火山有什么区别？大多数人可能对这些问题不太了解。
　事实上，火山的研究极其困难。极其漫长的活动周期，根本无法以人的生命尺度来估计。潜伏在地下深处、看不见的岩浆状态。我们必须利用历史资料和火山喷出的沉积物掉落的线索来推断这一点。日本有很多活火山需要我们小心，但火山学家如何从少量的火山灰落下了解火山的状况呢？如果像富士山这样的巨大火山爆发，会对人们的生活产生什么样的影响？
　这次，我们采访了米乐m6官方网站地质调查所活断层火山研究部副研究室长石冢义弘，聊了一些我们熟悉的火山，但仔细想想，却发现有很多你不知道的事情。

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您是如何成为一名火山学家的？

――首先，从我们的角度来看，火山学是一个非常特殊的领域，我认为高中生接触它的机会很少。
问题是，什么样的人才能成为火山学家？石冢先生，是什么让您决定成为一名火山学家？

石冢我在大学主修地质学。当我进入四年级时，我加入了一个研究火山的实验室。我决定研究火山有两个原因。一是因为我喜欢山。

　另一件事是，当云仙普玄岳喷发时，一位大学教授来到现场，并就最新信息进行了讲座。我发现他的谈话很有趣，他的存在是我去火山研究实验室的原因。

--老师的存在非常重要。

石冢我认为老师的存在很重要，因为我认为每个人都在很多地方。作为一名学生，你才刚刚开始，所以我认为通过有趣的讲座以及结识与学生相处融洽的老师，某些方面会在你身上根深蒂固。

――您学生时代有进行过实地考察吗？

石冢当我第四年开始毕业研究时，我选择了北海道的利尻山作为我的研究领域，并继续进行田野调查。

--我认为在火山实地考察时登山技术是必要的，但石冢先生一直很喜欢爬山，所以我想知道这是否没有那么困难。

石冢就我而言，当我还是一名年轻的本科生时，我加入了山地滑雪俱乐部，我没有参加很多正式的课程，而是一直在爬山。作为一名学生，我的成绩可能不是很好，但我学会了爬山的技巧。

——像这样的火山研究者还有很多吗？

石冢相对而言，许多火山研究人员来自登山组织。不过，过去也有一条途径，就是参加公务员考试，进入部委，接受前辈的在职培训。如今，不再需要如此彻底的培训，研究人员现在可以根据个人技能选择合适的领域。

作为旅游目的地和日常生活道路，预防火山灾害的困难

--前面提到了云仙的喷发，但正如云仙作为温泉区而闻名一样，有火山的地方也有很强的旅游景点，如温泉、滑雪场、登山点等。但当火山活动加剧时，就会采取临时关闭等措施。
我觉得研究一个既是危险区又是旅游胜地双重特征的地方很难，必须要小心。在这种地区做研究有什么困难吗？比如我很好奇火山喷发警戒级别是如何确定的。

石冢首先，火山喷发警报级别由日本气象厅确定。

　3级时，火山口周围区域禁止进入；4级时，老年人和其他人必须疏散；5级时，所有居民都必须疏散。不过，实际的疏散指示将由当地政府负责人发布。

---因此，研究人员只是收集和呈现数据，政府做出有关疏散的决定。

石冢是的。我们研究人员根据数据科学评估火山喷发的可能性，日本气象厅将这一点反映在警报级别中。随后的疏散决定将由当地政府做出。作为旅游目的地的困难在于，如果有火山喷发的迹象，自然需要疏散，这会扰乱观光。另一方面，如果不喷发，就很难知道何时解除喷发。这是因为，即使存在地震、山体膨胀等前兆现象，也并不一定意味着会发生火山喷发。

　以2000年的有珠山为例，前几天由于地震活跃而进行了疏散，但随后地震的数量似乎减弱了一段时间，然后开始爆发。不过，在监测火山喷发情况的同时，疏散工作已分阶段解除。

　这是我们如何根据数据做出适当响应的一个很好的例子。

――当然，这不仅对旅游业有很大影响，对当地居民的生活也有很大影响。我认为知道如何应对无法完全预测的风险是一项极其困难的任务。
例如，AIST 也在调查的草津白根山，国道距离火山口非常近，因此如果火山活动加剧，道路会立即关闭。

石冢没错。在草津白根山，根据火山活动的程度，国道会受到限制。例如，如果观察到火山地震增加或山脉扩张，则可能将级别提升至 2 级，并可能关闭国道。

――级别是由日本气象厅根据数据确定的，对吧？从您作为研究者的角度来看，您对提升水平的标准有何看法？

石冢没错。日本气象厅在参考以往案例的同时制定了等级标准。

　然而，火山活动的评估涉及各种不确定性，因此可能难以做出判断。即使根据观测数据，它似乎变得更加活跃，但在现实中，也有这种现象并不那么明显的情况。

我认为实施监管的时机需要慎重确定，同时也要考虑到社会影响。另一方面，如果过于安全，就会给居民的生活带来严重的问题。我觉得达到这种平衡是一项相当困难的任务。

---火山防灾真的很难，不是吗？

石冢没错。火山灾害预防措施的某些方面不能仅根据科学数据来确定。

　火山专家、政府和居民将共同努力寻找应对火山的明智方法。我相信，这种扎实努力的积累对于火山防灾至关重要。

调查火山趋势的喷发后调查是危险的

――我看过一些火山喷发后的调查报告。最早在喷发后第二天就可以进行调查，但喷发后需要多快的时间进行调查呢？

石冢总之，越早越好。这是因为，就火山而言，喷发发生后，需要确定接下来会发生什么。

与地震不同，火山在初次喷发后可能会发生更大规模的喷发，或者相反，可能会转向稳定活动或聚合。为了确定这一点，需要分析各种数据。

――在收集火山灰或调查火山喷发后的气体时，研究人员有时会进入公众疏散的地区吗？

石冢基本上，研究人员不能进入限制区域。特殊情况下，只有提前申请并确定可以保证安全的情况下才可以进入管制区域，但一般情况下会进入管制区域的最边缘。

　例如，2018年草津白根山喷发时，火山口周围2公里范围内是禁区，因此我们滑雪着进入山内，调查火山灰堆积情况。

---因此，即使在2公里以内也可以测量火山灰。

石冢是的。火山灰随风飘散，分布范围很广，因此要获得火山喷发的完整图像，您需要覆盖尽可能多的区域。

　我们走到禁区外收集火山灰，不断更换采样点。

--- 在草津白根山考察时，雪中夹着火山灰的照片令人印象深刻。

石冢当时我是在火山爆发后的第二天去考察的，火山爆发后下了很大的雪，所以就像是雪里夹着火山灰一样。我们通过将雪带回家并测量火山灰的重量进行了调查。

--每一片雪都很大，不是吗？背着它下雪山……

石冢没错。这需要大量的体力。

――稍微换个话题，新茂岳的研究报告中附上了一张汽车上堆积着大量火山灰的照片。我担心它会卡在设备或我的车里并导致故障。你有遇到过这样的问题吗？

石冢正常数量的火山灰不会轻易毁坏您的车辆或设备。

　然而，2000年有珠山喷发时，大量粘土火山灰落下。结果，火山灰粘在汽车悬架上并变硬，导致方向盘难以操作，这是一次可怕的经历。

然而，我们从未遇到过像樱岛这样定期喷发的火山所产生的火山灰导致设备损坏的情况。

――您还因为火山灰遇到过其他麻烦吗？

石冢我戴着隐形眼镜，但火山灰的细颗粒有时会让我的眼睛感到刺痛。调查期间必须佩戴护目镜。

――到目前为止我们已经询问了火山灰调查，那么火山气体调查呢？由于气体是看不见的，我认为它会带来另一种危险。正在采取哪些安全措施？

石冢火山气体专家正在极其谨慎地进行调查，他们戴着防毒面具等防护装备。

近年来，通过使用无人机等无人驾驶飞机，无需直接进入危险区域即可观察气体。

即便如此，在调查点仍能感觉到气体的存在，例如硫磺的气味。虽然经常被误解，但硫化氢是一种危险的火山气体，无味，没有硫磺味，所以要小心。

就像侦探一样！研究人员可以从火山灰中学到什么

---您提到检查火山灰是为了了解火山喷发后会发生什么，但我们到底能了解到什么？
例如，如何判断它是岩浆还是蒸汽爆炸？

石冢首先我们来谈谈火山灰的数量。我们首先详细检查火山灰的分布。我们从多个点收集数据并将其传播到各个领域。这样我们就可以从三维的角度来理解分布。这就是我们估算火山灰总量的方法，类似于警方的调查。

接下来我们就来说说火山灰的特性。是岩浆喷发还是潜水喷发，是根据是否含有岩浆物质来决定的。例如，如果火山灰中含有泡沫浮石或新鲜玻璃碎片，则很有可能发生岩浆喷发。

　然而，这样的判断并不容易做出，除非你见过大量的火山灰并获得了经验，否则很难立即做出判断。可以说，这是一个需要先进知识和经验的世界。

---火山灰分析很大程度上取决于研究人员的经验和能力。

石冢没错。对火山灰的分析往往是个人主义的。即使你是物理学或地球化学方面的专家，如果你不习惯看到火山灰，也可能很难判断。然而，最近，已经开始研究使用人工智能自动识别火山灰。未来，也许有一天歧视可以在某种程度上自动进行。

――如果使用人工智能自动进行火山灰分析，研究范围可能会扩大。

石冢我认为你是对的。不过，最终的结论还需要研究人员的判断。人工智能将分析大量数据并得出类似的结论。然后，人类研究人员添加考虑因素并得出结论。我想事情就会这样发展。

---资深侦探的直觉很重要。这是通过多年的经验培养出来的洞察力。

石冢有类似的方面。对于那些长期观察火山灰的人来说，只要看到火山灰，他们就会本能地想到“就是它了”。当然，基本前提是基于科学证据进行判断，但加入研究人员的直觉，可以做出更深层次的思考。这些研究人员的经验和知识对于分析火山灰是不可或缺的。

富士山富士还年轻！火山的寿命有多长？

--我们谈到了火山喷发后的调查，但也有火山喷发前的调查。

石冢是的，这是我们的正常业务。我们不仅在紧急情况下调查火山的状况，还在正常情况下调查火山的状况。

　例如，对于富士山，为了查明在哪个时代、在哪里、以何种方式发生过什么样的喷发，我们对整座山进行了实地考察，寻找喷发的痕迹。

――每座火山的调查方法都不同吗？

石冢我们会根据火山和目标灵活更改。调查方法也会根据研究人员的兴趣而变化。然而，它们的共同点是，它们都仔细追踪过去火山喷发的历史。基本任务是确定喷发的时间、地点和类型。

——通过解开过去火山喷发的历史，我们可以学到什么？它对于预测未来的火山喷发有用吗？

石冢完全正确。过去喷发的记录对于预测未来的活动至关重要。然而，我们研究的出发点是一个简单的问题：“这座山为什么形成？”出发点是满足一个人的求知欲，然后可以用来预测未来。

　当我年轻的时候，我对山脉的形成比对预测更感兴趣，但随着年龄的增长，我越来越意识到火山与社会之间的关系。我更加认识到防灾的重要性，对此进行研究的愿望也更加强烈。

――当我们谈论火山的状态时，我们经常听到活火山、休眠火山、死火山等词，但我们应该理解什么样的状态呢？

石冢过去使用“活火山”、“休眠火山”和“死火山”等术语，但现在火山分为活火山和死火山。

　火山被认为有数十万年的寿命，确定它们处于什么阶段以及它们正在进行什么样的活动是火山学的一个主要课题。

――例如，富士山被称为活火山。但从我们的角度来看，富士山似乎是一座安全的山，挤满了登山者。从火山学家的角度来看，富士山的真实状态是怎样的？

石冢富士山富士山仍然是活火山之一，并且是不断观测的对象。最近的一次喷发是江户时代中期的宝永喷发，但此后观察到地震活动有所增加。虽然没有观察到特别的异常现象，但富士山在过去曾多次引发大规模喷发，因此具有重要的地位。

--您之前提到您对山脉的形成感兴趣，但是富士山是什么时候诞生的？

石冢第一次喷发被认为是在大约 10 万年前。在山脚的地层中发现了当时的喷射物。不过，我对他之前的活动知之甚少。很难找到它的踪迹，因为它被埋在新的喷射物下面。

――火山最初是如何形成的？

石冢当岩浆积聚在地下并喷发到地表时，就会形成火山。岩浆上升时会形成一条路径，随着火山喷发的反复发生，山体就会不断生长。岩浆房的状况对火山活动有很大影响。

――日本有没有可能继续形成新的火山？

石冢这很有可能。事实上，小笠原群岛的西之岛于 2013 年开始喷发，形成了新岛。之后，岛屿因熔岩流出而扩大，国家也随之扩大。

　日本列岛最初就是由这种火山活动形成的。可以说，很久以前海底火山的喷发塑造了现在的陆地。

――另一方面，您如何看待火山的寿命？

石冢确定火山的寿命很困难。寿命可以认为是从第一次喷发到活动完全平息的时间，但喷发的痕迹往往深埋在地下。然而，如果我们能够确定第一次爆发的年龄，我们就可以粗略地知道它会持续多久。许多火山的寿命被认为有数十万年。

--听到这句话，我感觉火山有生命，或者说有一生，但是火山的一生是什么样的呢？

石冢我们相信，在火山的生命周期中，有一段时期会突然生长。

　诞生后不久，喷发到地表的岩浆不多，活动性也较低，但到了“生长期”，短时间内大量岩浆反复喷出，使山体越来越高。这是最活跃的时期，有熔岩流、大规模的普林尼式喷发（持续释放大量浮石和火山灰的爆炸性喷发）以及这些爆炸性喷发的羽流塌陷引起的火山碎屑流。生长期间，山体可能会塌陷、塌陷，即使塌陷，也会再次生长。随着生长季节的过去，火山喷发的频率在很长一段时间内减少，山体开始受到侵蚀。

　当然，这是一个概括，不同火山的特点也不同。

――这么说来，富士山现在处于什么阶段呢？

石冢我们相信富士山还很年轻，已经进入了成长期。自第一次喷发至今已有约10万年，与火山的寿命相比还很年轻。尽管经历了熔岩流和山体崩塌，该地区整体仍在增长。

　富士山美丽的外表也可以说是“年轻”的一个特点。

---有趣的是，富士山年轻而雄伟的外表才是它美丽的原因。但它仍处于“年轻阶段”，是否意味着未来发生剧烈喷发的可能性很大？富士山一旦喷发，很可能会引发一场灾难，包括首都在内，所以我担心会造成什么样的影响。

石冢据说1707年富士山的喷发在横滨积累了近15厘米的火山灰，在东京积累了几厘米的火山灰。

目前东京湾周边有很多火力发电厂，如果富士山爆发并堆积等量的火山灰，将会产生很大的影响。火力发电厂吸入大量空气来驱动燃气轮机，因此火山灰会与空气一起被吸入，过滤器可能会堵塞，导致空气无法吸入并导致发电机停机。我听说电力公司会考虑到这一点并采取措施。

---令人惊讶的是，火山灰甚至会影响电力基础设施。

石冢当火山灰潮湿时，可能会导致电线（称为绝缘体）的白色算盘状部分之间发生短路，从而导致停电。输电线路的绝缘体原本是由陶瓷片堆叠而成，起到绝缘体的作用，但火山灰中所含的离子使其导电，从而导致短路。

　新西兰和阿苏有报道称，即使是几毫米的潮湿火山灰也可能导致短路和电力传输中断。

---当我想到火山喷发时，它对泥石流之类的东西有很大的影响，所以我从来没有真正考虑过火山灰造成的停电，但如果富士山喷发，首都圈可能会出现大停电。由于火山灰的影响范围很广，据说远至东京、横滨等地，一旦发生火山灰停电，基础设施的恢复将非常困难。即使你距离火山很远，似乎也永远不会成为别人的问题。

富士山的魅力，即使从火山学家的角度来看也是美丽的

--您之前提到富士山很美丽，因为它还很年轻，但是火山的形状会随着时间的推移、反复喷发而改变吗？富士山看起来和现在完全不一样了吗？

石冢据信大约 3,500 年前的富士山比现在更加美丽。没有像山顶那样的大火山口或山谷，而且这座山的形状可能更形状。平安时代曾频繁喷发。

　事实上，有记录称，富士山东侧的道路因火山喷发而被切断，路线也发生了改变。

――想想看，这么多人都觉得富士山“美丽”，这很奇怪。即使从火山学家的角度来看，富士山也是一座特殊的山吗？

石冢我认为是的。

　从火山角度看富士山的美丽可以说是特别的。现在美丽的外观是大约2万年前这座山崩塌和随后的火山喷发重建的结果。

所以我们可能生活在富士山最美丽的时代。

――富士山现在的美丽是由于过去的火山活动。

石冢完全正确。富士山的特征是数万年喷发历史的结果。山顶塌陷，并因火山活动而恢复。这座山现在的优美面貌可以说是这种动态活动的结果。

--其实，我在网上和大家聊天的时候，石冢先生的背景总是富士山（笑）。从我到目前为止所说的来看，我可以看出石冢先生对富士山非常着迷。石冢先生，您对富士山的研究重点是什么？

石冢令我感兴趣的是喷发方式的变化。富士山喷发的方式随着时间的推移而发生很大的变化。有时山顶喷发占主导地位，有时山腰和山麓喷发更为突出。

我认为喷发风格变化的机制是一个非常有趣的主题。

――如何判断喷发方式的变化？

石冢通过仔细检查过去火山喷发的痕迹，我们可以了解一些事情。

　例如，如果在山脚的某个点有许多层厚厚的沉积物，其间有土壤，并且越靠近山顶，温度就越高，这就是山顶喷发占主导地位的证据。

　另一方面，如果山坡上形成许多火山口，则表明山坡曾经历过喷发时期。

　此外，通过检查过去熔岩流下碳化木材的年龄，我们可以确定喷发的时间。通过这些地质调查的积累，富士山喷发的历史逐渐变得更加清晰。

---改变喷发方式的因素还不是很清楚吗？

石冢说实话，我们还没有完全弄清楚。人们认为涉及多种因素，例如岩浆的性质和数量以及地下岩浆库的条件。然而，破译喷发方式的变化是了解富士山特征的必然主题。

　我愿意与大学实验室和其他组织合作来解决这个问题。


 

--日本这个火山国家，时常遭受火山喷发等灾难性灾害，但也享受着火山的恩惠，包括美丽的风景、地热、丰富的水源以及火山所产的农作物。富士山是日本的象征，也是一座活火山。当我们观看山脉时，我们往往会感觉到大自然的雄伟不随时间而变化，但研究人员正在观察一座山脉的生命，并试图了解它的形成原因、火山活动的变化及其终结。
　石冢先生本人还没有弄清楚这一切，仍在继续研究未知的问题。这部分是因为了解火山可以帮助我们应对未来的灾难，但更重要的是，也可以说研究人员本身已经痴迷于火山的魅力。就像富士山在平安时代有不同的形状一样，活火山也可以因喷发活动而随时改变形状。我们所看到和感受到的美丽的自然和山脉的形状背后都有科学背景。如果你认为富士山的出现是这个时代通过反复喷发活动而奇迹般创造出来的景观，那么当你再次看到这座美丽的山峰时，你可能会感激生活在这个时代。日本是一个由火山形成的国家。我想更多地了解火山，了解它们的魅力，并与他人分享。

 

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