基拉韦厄火山一年多来持续发生的间歇性熔岩喷涌现象洞察

《SCIENCE》：Insights from more than a year of ongoing episodic lava fountaining at Kīlauea

　　

编辑摘要

熔岩喷泉是岩浆和气体通过火山下网络喷涌而出的壮观且危险的后果。在过去一年里，夏威夷的基拉韦厄火山经历了超过50次熔岩喷泉活动，这是该火山有史以来记录最多的。弗林德斯等人基于大量山顶监测数据，记录了此次喷发的开始，并综合分析了每次熔岩喷泉活动来临前火山发生的变化。山顶膨胀的模式使得对每次活动开始时间进行定量预测成为可能，而早期的岩石和气体分析表明，这些压力变化与浅层岩浆和挥发分的行为有关。——安吉拉·海斯勒

结构化摘要

引言

熔岩喷泉是玄武岩火山活动最引人注目的表现形式之一，它将气体和熔融岩浆喷射到火山口上方数百米的高空，并常常为熔岩流提供补给。熔岩喷泉最著名于夏威夷、意大利和冰岛，尽管在月球和木卫一上也推断存在类似的喷发活动。在全球各地的玄武岩火山都发生过喷泉喷发，但持续时间较长的阵发性喷泉喷发——其中长达数小时的活动与持续数天到数周的间歇期交替出现——却极为罕见。在2024年之前，自1823年以来夏威夷基拉韦厄火山仅有三次阵发性喷泉喷发被记录下来。2024年12月23日，基拉韦厄火山山顶的哈雷茂茂火山口内开始了新一轮喷发序列。截至2026年9月，该序列已产生54次喷泉活动，是基拉韦厄火山任何一次喷发中记录最多的。

研究原理

启动、维持和终止单次喷泉活动的过程仍不确定。已提出两种主要机制：压力驱动的岩浆上升，随后在浅层通道中发生富含水（H₂O）的挥发分脱气，以及富含二氧化碳（CO₂）的泡沫在岩浆储库顶部附近积累和坍塌。这是首次使用密集现代监测网络观测到的基拉韦厄阵发性喷泉喷发序列。我们整合了前39次喷泉活动的地震、次声、形变、气体、卫星、目视、热和地球化学观测数据，记录了此次喷发的演变过程，并将其置于这些已提出机制的框架下进行分析。

结果

每次喷泉活动都引发了快速的山顶减压，而间歇期则以较慢的再膨胀为特征，表明压力在浅层哈雷茂茂岩浆储库中重新积聚。当山顶倾斜接近相似但逐渐演变的阈值时，喷泉活动反复开始。基于长期阈值趋势与持续再膨胀的交叉点所做出的喷发预测，提供了对单次活动开始时间的定量估计，并支持了公众危险沟通。

从第14次活动开始，持续的喷泉通常以气体活塞活动为先兆，其特征是岩浆在火山口内周期性升降，并伴有重复的地震和次声爆发。二氧化硫（SO₂）排放量随着岩浆上升而减少，在回抽期间增加，这与浅层气体积聚和释放相一致。喷泉高度在数月内发生变化，最高达到约480米。火山灰影响了美国国家公园管理局的基础设施、道路以及下风向约70公里处的社区。

喷发的岩浆总体上比2020至2023年期间喷发的山顶岩浆更具镁铁质。玻璃镁含量的循环变化表明，哈雷茂茂储库被更热、更具镁铁质的岩浆周期性冲刷，而在单次喷泉活动过程中未发生可辨别的成分变化。间歇期持续的SO₂排放表明，随着储库压力重建，发生了开式脱气。初步测量结果显示，活动间的CO₂/SO₂比值较低，这与岩浆在储库中平衡而无富含CO₂泡沫的形成和坍塌相一致。

结论

喷泉活动是在山顶再膨胀接近演变中的倾斜阈值时开始的，这使得尽管大多数活动前山顶地震活动没有明显增加，仍有可能做出有用的预测。这些阈值意味着启动喷泉喷发的条件是可重复的，但它们是否仅取决于储库压力仍不清楚。气体观测结果可能更倾向于浅层富含H₂O的气泡簇群而非深部富含CO₂的泡沫坍塌，但不能明确区分启动或终止单次活动的过程。此次喷发的结果仍然未知。持续监测将有助于约束岩浆和气体补给、储库压力、通道连通性和渗透率，以及挥发分分离和出气如何导致阵发性喷泉喷发，同时也强调了基拉韦厄火山作为全球可及的天然实验室在发展新火山监测和喷发预测技术方面的重要作用。

在查看器中打开

夏威夷岛地图及2024–2025年基拉韦厄火山喷发期间山顶喷泉活动的代表性照片。

（右上）构成夏威夷岛的五个火山的位置：科哈拉（KO）、冒纳凯阿（MK）、瓦拉莱（HU）、冒纳罗阿（ML）和基拉韦厄（Kī）。（主图）2025年11月9日第36次活动期间，哈雷茂茂火山口内北部（N）和南部（S）火山口双喷泉喷发，位于卡拉佩勒（基拉韦厄破火山口），峰值高度为385米。视角来自哈雷茂茂火山口南缘。比例尺显示拍摄照片时的喷泉高度。[美国地质调查局（USGS）摄影]

摘要

阵发性熔岩喷泉在全球范围内极为罕见，自1823年以来夏威夷基拉韦厄火山仅有三次记录。2024年12月开始，山顶火山口哈雷茂茂内的一次喷发至今已产生54次喷泉活动，每次通常持续数小时，间隔数天到数周。尽管提出了多种机制，关于岩浆储库压力、通道渗透率和挥发分脱气如何控制喷泉喷发开始的基本问题仍然存在。我们利用现代地球化学、地球物理和地质监测手段，提供了基拉韦厄火山阵发性喷泉喷发的多参数记录。这些观测揭示了喷泉喷发与山顶膨胀之间的系统性相关关系，使得前所未有的定量预测成为可能。此次喷发将为全球阵发性喷泉喷发的时机、演变和驱动过程提供新的约束条件，并突出了基拉韦厄火山作为研究火山过程天然实验室的作用。