火山学家在世界各地追踪岩浆在各座互连火山间的流动路径，以期提高火山喷发的预报准确度。
2021年至2023年，冰岛的法格拉达尔火山多次喷发，此后，斯瓦特森基地壳裂缝系统似乎接过了喷发的接力棒
1912年夏天，美国俄亥俄大学植物学家罗伯特 · 格里格斯（Robert Griggs）得知，世界末日已然降临，地点是科迪亚克——阿拉斯加一座有人居住的岛屿。第二年，格里格斯带领一支探险队率先前往科迪亚克，并且窥见了一番令人不安的景象：这座岛被厚达30厘米的灰烬笼罩。科迪亚克并不只是一座岛，其上还有一座名为“卡特迈”的多峰火山。卡特迈火山同样也被尘埃笼罩，显然还在排放有毒的火山气体。
卡特迈火山的四周原本是郁郁葱葱的河谷。格里格斯后来在他的调查报告中写道，他发现那里有“成百上千——不，毫不夸张地说应该是成千上万——缕烟雾袅袅升起。有些喷气柱上升了几百米才慢慢消散”。在此后的几十年里，这个地方不断冒着气泡，同时伴随着嘶嘶的响声，因而目前仍然叫作“万烟谷”。
我们现在知道，格里格斯和他的探险团队当时身处的是20世纪最多产火山的活动余波中——那是一场长达60小时的疯狂火山活动，后果是将整个太平洋西北部的大部分地区淹没在厚厚的火山灰中。这次火山喷发释放的气溶胶在大气中停留了许久，导致北半球平均气温在一年多的时间里下降了足足1摄氏度。
这次火山喷发不但令天空变冷，更烧毁了整个山谷，并且还导致卡特迈三座山峰中的两座坍塌成一个深1千米、宽2.5千米的大坑。当时，事情似乎很明确：卡特迈火山释放了积存的大部分岩浆，并且留下了深坑。
然而，真相并没有那么显而易见。20世纪50年代，加州大学伯克利分校地质学家加尼斯 · 柯蒂斯（Garniss Curtis）对卡特迈火山及其周边地区进行了详细的地质测绘，结果发现，那次大爆发的源头并不是坍塌的那两座火山山峰，而是火山西侧10千米处一个此前从未被发现过的地壳开口，现在称为“诺瓦鲁普塔火山”。
在进一步的田野调查后，科学家得出了结论：正是因为这个地壳开口“偷”走了卡特迈火山的岩浆，所以那两座山峰才会坍塌。这个结论一出便引发了巨大争议，因为按照此前的主流观点，火山应该是独立运作的，它们喷发的总是自己的岩浆。然而，卡特迈和诺瓦鲁普塔的存在，切实证明了火山之间可以互相连接，或称“耦合火山”。
在过去的十年中，凭借更为先进的技术与设备以及更为深入的科学认知，研究人员已经认证出了不少其他耦合火山。它们遍布世界各地——从夏威夷到希腊，从日本到冰岛。位于美国华盛顿特区的卡内基科学中心的火山学家蒂亚纳 · 罗曼（Diana Roman）说，所有耦合火山都是独一无二的，不过，从本质上看，耦合火山之间“似乎是在相互交谈”。科学家则在通过持续的研究慢慢学会倾听它们之间的话语。
侧向移动
我们可以把岩浆想象成一种极为可怕的地狱之汤：一种由固态晶体、熔融岩石构成的气体翻腾的灼热混合物。岩浆和汤还有一点相似之处，就是会因为成分的不同而呈现不同“味道”。有的时候，岩浆中二氧化硅的含量极高，导致它很黏稠，像石油一样流动；有的时候，岩浆中二氧化硅的含量很低，流动起来就会像热蜂蜜一样较为顺畅。当岩浆冲破地球表面，我们通常就把它们叫作“熔岩”。
无论岩浆的具体成分如何，它们都天生具备浮力。迈阿密大学地球物理学家法尔克 · 阿梅伦（Falk Amelung）说：“总的来说，岩浆应该都是向上流动的。”然而，诺瓦鲁普塔火山“偷盗”岩浆的行为第一次让科学家切实意识到，熔岩的流向可能比他们原先认为的更为灵活。牛津大学火山学家大卫 · 派尔（David Pyle）说：“我们之前一直在思考岩浆是怎么从地球深处移动到地球表面的，在这一过程中，我们可能把这个问题过分简化到了一维程度。”
20世纪50年代，研究人员在绘制1912年那次堪称灾难的火山大喷发留下的火山灰分布图时意识到，卡特迈火山并不是这次灾难的罪魁祸首，因为火山灰构成的同心圆图样的中心并不是卡特迈火山，而是诺瓦鲁普塔火山。
更进一步的证据出现在对卡特迈火山岩石的研究中。这些岩石名为安山岩和英安岩，关键在于，它们的化学构成与诺瓦鲁普塔火山喷发出的岩石成分完全一致。阿拉斯加大学火山学家、自然灾害研究员约翰 · 艾克尔伯格（John Eichelberger）说：“卡特迈火山的岩石成分和诺瓦鲁普塔火山喷发出的熔岩完全匹配。”此外，卡特迈火山两座山峰坍塌损失的岩石体积也几乎完全和诺瓦鲁普塔火山喷发出的熔岩体积一致。
地质学家现在认为，卡特迈火山地表之下的岩浆侧向移动了数千米，然后在诺瓦鲁普塔火山喷发了出来。艾克尔伯格表示：“毫无疑问，卡特迈火山和诺瓦鲁普塔火山之间存在一条直连通道。”
然而，没人能确定为什么熔岩会这么移动。艾克尔伯格说，他很好奇这种情况是不是就跟自流井下的情况一样：地下的加压流体自然而然地从另一个新的开口流出。如果事实果真如此，那么诺瓦鲁普塔火山的地壳开口可能是由一股猛烈蹿升的岩浆流冲破地壳造成的。这样便打开了一条低压通道，使得卡特迈火山自身的岩浆向其侧面流动。
由于1912年那次火山喷发没有现代仪器监测，所以科学家只能尽可能符合依据地猜测当时发生了什么。为了建立岩浆在耦合火山之间流动的证据链，他们需要用高科技传感器实时捕捉这一过程。
2014年，他们做到了。
1912年卡特迈火山大喷发令科迪亚克小镇覆上了30厘米厚的火山灰
冰冷的链接
冰岛就是一座漂浮的火山堡垒，部分原因在于这个国家位于两个分化的地质构造板块的交界位置上，换句话说，地质运动一直在试图将其一分为二。
2014年，形如火盆的冰岛巴达本加火山之下频发的地震中出现了一次高烈度活动，似乎表明这座火山即将喷发。然而，地震随后却逐渐远离了巴达本加火山，熔岩最终从45千米外的另一座火山阿斯恰的几个喷口中喷薄而出。
这是科学家第一次见证岩浆从一座火山移动到如此之远的另一座火山。冰岛气象局火山、地震部门负责人克里斯汀 · 扬斯多蒂尔（ Kristín Jónsdóttir）表示：“对岩浆来说，这个侧向移动距离真的很长。”
2021年，冰岛法格拉达尔火山喷发时释放的熔岩和火山灰
2020年，冰岛这个岛国的另一部分雷克斯内斯半岛也发生了地震。科学家在这个地区布置了许多传感器，从而能以惊人的高精度追踪岩浆在地下的迁移活动。他们利用地震仪记录岩浆穿过地壳时发出的声音，同时还借助仪器测量地面的形状变化。
就在他们布置完各种监测设备之后不久，雷克斯内斯半岛的法格拉达尔火山在时隔大约8个世纪后第一次活跃起来。2021年至2023年，法格拉达尔火山反复喷发。之后，在2023年末，另一个名叫“斯瓦特森基”的地壳裂缝系统接过了接力棒，每隔几个月就会爆发一次，而此时，法格拉达尔火山就陷入了沉寂。
扬斯多蒂尔说：“法格拉达尔和斯瓦特森基从来不会同时喷发，更像是轮流喷发，这很奇怪。”如此看来，法格拉达尔和斯瓦特森基，就像巴达本加和阿斯恰一样，是耦合火山。
与此同时，在世界的另一边，另一位科学家则在设计工具，试图把这些互相连接的地下岩浆绘制成图。
紧追不放
在此前的几十年里，科学家一直借助地震追踪岩浆，但这种方法总是不太及时且精度不够。直到最近，科学家都还只能手动查阅地震仪记录的图以识别相关震动，接着利用这些数据追踪引发震动的岩浆的运动。至于许多隐藏在背景噪声中、烈度没那么大的地震，人眼就无法从地震仪图表中识别了。
21世纪10年代，加州理工学院地球物理学家扎克 · 罗斯（Zach Ross）萌生了改进地震探测过程的想法。他开发了一个机器学习程序，并令其学习了过去十多年里在美国加利福尼亚记录到的各种地震数据。最后，这个程序识别出的地震比任何肉眼识别的都多出了10倍以上。于是，整个加利福尼亚地下原先看不见的地质断层网络开始像烟花一样闪耀。
随后，罗斯又利用一种更高级的新算法分析了夏威夷的地震数据——和冰岛一样，夏威夷也到处都是火山，虽然许多夏威夷火山已经变成死火山或处于休眠状态，但克劳厄火山和莫纳克亚火山仍具备发生高破坏性喷发的能力。
在此之前，火山学家大多认为克劳厄火山和莫纳克亚火山是各自独立运作的。这两座火山喷发出的熔岩化学成分截然不同，同时也没有任何证据表明其中一座的喷发会影响另一座。
2019年，在夏威夷小镇帕哈拉地下深处的克劳厄火山区出现了一系列地震活动。罗斯把地震仪记录到的数据输入到他的算法中，进而生成了一张三维地图。在这个过程中，他发现了一个巨大的地下岩浆流通系统。
这个岩浆流通系统的核心是一系列现称为“帕哈拉静止复合体”的水平熔岩储藏库。这些储藏库的熔岩分流形成两条支线，一条通往克劳厄火山，另一条通往莫纳克亚火山。罗斯说：“那天，我们在办公室第一次发现这一点时，所有人都很震惊。那场面，我记忆犹新。”
罗曼表示，两座火山共用一座位于地表更深处的岩浆储存库，最后却喷发出两种化学性质截然不同的熔岩，这个结论令很多人感到“相当不舒服”。然而，相关的地震数据容不得研究人员忽视：目前看来，克劳厄火山和莫纳克亚火山就是耦合的。
当然，相较其他耦合火山，克劳厄火山和莫纳克亚火山之间的联系颇为不同。和冰岛的火山一样，夏威夷的这两座火山有时也会轮流喷发。这可能是因为，其中一座火山从它们共用的岩浆源中汲取原料猛烈喷发出大量熔岩，导致另一座火山没有多少岩浆可用了。然而，在其余时候，克劳厄火山和莫纳克亚火山总是同时喷发。罗曼说，这可能是因为它俩的共用岩浆库“库存”极为充沛，足以支持两座火山同时喷发。
加入对话
希腊岛屿圣托里尼岛整体呈C形，曾经有过剧烈火山活动。按记载，大约在公元前1600年，这片地区发生了一次破坏力极强的火山喷发，导致以航海业著称的米诺斯文明覆灭。而现在，有两座新的小火山从圣托里尼岛的海湾中冒了出来，同时还有另一座名为“科伦坡”的火山潜伏在圣托里尼岛近海区域的水下，这座火山一旦喷发，有能力催生可怕的海啸和令人窒息的火山云。
于是，圣托里尼岛不出所料地受到了科学家的全面监测。2024年，一家名为Multi-Marex的德国、希腊合资企业开始在圣托里尼岛及其周围的陆地和海底安装多层传感器。伍兹霍尔海洋研究所的火山学家乔纳斯 · 普雷因（Jonas Preine）表示，这番努力几乎立刻得到了回报：很巧，在2025年1月底，圣托里尼岛地区开始发生剧烈地质运动。
当时，圣托里尼岛发生大地震，许多居民因担心火山喷发而撤离。普雷因说：“岛上的居民们当时都忧心忡忡。”不过，几周后，地震逐渐减少，与此同时，圣托里尼岛和科伦坡火山都出现了收缩迹象。
到底发生了什么事？爱琴海的地质构造非常复杂，到处都是纵横交错的地质断层，同时遍布火山，这就让科学家很难查证圣托里尼岛地下深处究竟发生了什么。好在，他们在利用机器学习算法分析Multi-Marex公司提供的数据后很快便有了结论：一股岩浆流从地下深处蹿升到距地表大约3千米之处。这股岩浆没有足够的动量冲破地表，但似乎确实从其他地方“借到”了更多岩浆。
此外，地壳中另一个被视为科伦坡火山源头的岩浆库也随着岩浆储量的耗尽而收缩。这看起来几乎肯定又是一个耦合火山的案例，研究人员希望以此为起点，更准确地预测圣托里尼岛和科伦坡火山未来的活动。
耦合火山之间很可能表现出各种相互关联的行为，比如轮流喷发或同时喷发，研究人员正按图索骥在希腊、夏威夷、中非、日本等地寻找更多耦合火山的例子。他们现在已经明确，耦合火山并不一定喷发出相同类型的熔岩，甚至连喷发的模式都可以不一样。此外，他们已经知晓，不能低估岩浆在抵达地表之前在地下蹿升的高度，更不能小觑耦合火山之间的紧密联系。
资料来源 Quanta Magazine
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本文作者罗宾·安德鲁斯（Robin Andrews）是一位科学记者
