台北在家门口发现活火山

当台湾首都在其家门口发现一座活火山时，它发现自己匆忙建立了一个系统来监测它的危险迹象。

岩石裂缝中冒出的滚滚蒸汽染上了病态的黄绿色。浑浊的水池像沸腾的平底锅一样起泡。空气中弥漫着硫磺的刺鼻恶臭。

这个阴燃的月球景观是小油坑，阳明山国家公园内令人印象深刻的蒸汽喷口集合，是台北市区内占地 11,000 公顷（42 平方英里）的远足小径。

小油坑是近距离接触公园地热活动的最佳地点——这里布满了喷气孔（地球表面的自然通风口，让气体像水壶喷口的蒸汽一样逸出）和温泉，有些只有一米（39 英寸）左右从路径。

几十年来，台湾首都的大多数居民只是认为他们很幸运能在家门口拥有如此引人注目的国家公园。地质学家知道公园内有大约 20 座山峰的大屯（有时拼写为大屯）火山群，但他们在很大程度上认为喷气孔和温泉只是其炽热过去的残余。由于没有爆发的
历史记录，公认的观点是该群体已经灭绝并且不再构成风险。

在最坏的喷发情况下，炽热的熔岩可能会吞没公园脚下的居民区，而城市可能会被火山灰的漩涡云覆盖

但在 2017 年 2 月，媒体报道了台湾火山观测站台长林政宏最近的一篇论文，该论文称大屯下方有一个岩浆房——这是一座活火山的标志。台北市中心及其摩天大楼、酒吧和餐厅距离酒店仅 15 公里（9 英里）。台北和新北市的 500 万人很容易受到火山喷发的影响。在最坏的喷发情况下，炽热的熔岩可能会吞没公园脚下的居民区，而城市可能会被火山灰的漩涡云覆盖。

在幕后，台湾政府采取了行动。首先，它命令科学家尽可能多地了解火山及其风险。然后，在 2018 年 5 月，它委托其气象和预报机构中央气象局 (CWB) 与科学家、政府机构和官员合作，制定预警系统的程序。两年多后，也就是 2020 年 9 月，它向公众亮相。

我们对小油坑火山的了解大部分都归功于林，他在过去的二十年里一直致力于研究这些火山。过去十年台湾火山的学术文献大多以他的名字命名，而他2016年的论文证明了岩浆房的存在，最先让政府坐以待毙。“每个人都知道我是研究火山的人，”他笑着说。

我第一眼看到的林是一个面带微笑的爷爷，手里拿着一把巨大的黑色高尔夫球伞。在阳明山大屯附近的台湾火山观测台门口，他在雨中刻出一个活泼的身影。

林最初对地震感兴趣，但大约在 20 年前转向火山学，他的兴趣被新兴的研究激起，这些研究表明，也许大屯并没有灭绝。研究人员发现火山温泉释放出的气体有些奇怪——它们含有过多的氦 3，这是一种源自地幔深处的同位素。科学家们认为氦是“岩浆过程的极好示踪剂”，如此多的氦 3 的存在表明了火山活动。

2003 年，林领导了一项小型研究，在公园各处放置地震仪，这是调查火山状况的标准方法。当他们记录了大量的地震活动，而且痕迹非常奇特时，他感到很惊讶。“我以前从未见过这种波形，”他说。他将它们发送给日本的科学家同行，日本拥有超过 100 座火山。“他们告诉我，这是一座活火山的标志，”他说。指向火山活动的证据越来越多，尽管这仍然是一种边缘信念。

坐落在太平洋火环上，台湾每年会经历大约 1,000 次可以感觉到的地震，还有数千次无法感觉到的地震。林利用这种强烈的地震活动来推断地下发生了什么。

他专注于震颤产生的两种特定波形：初级（或 P）波和剪切（或 S）波。这些可用于探测地球表面下的任何液体区域（表明可能存在岩浆室），因为液体会阻挡 S 波并减慢 P 波。该方法与 100 多年前科学家使用的方法相同，该方法表明地球的外核向下约 2,900 公里（1,800 英里）是液体。

我很害怕。这怎么可能是真的？我们从小就被告知它已经灭绝了——Patrick Lu

林确实注意到，与公园其他地方的地震仪检测到的相比，大屯地震仪上的 P 波延迟了，而且 S 波根本没有到达，而是出现在其他地震仪上。他的计算揭示了火山群下方的岩浆房和上方的热液储层（由水和蒸汽组成）。

“这是证明这是一座活火山的关键证据，”他说。“作为一名研究人员，我很高兴我有证据，但另一方面，我担心有一天我们会发生灾难。”

然而，对于住在大屯附近的公众来说，头条新闻令人震惊。帕特里克·卢是两个孩子的父亲，住在靠近火山的住宅区天目，他记得第一次听到这个消息时的感受。“我很害怕，”他回忆道。“这怎么可能是真的？我们从小就被告知它已经灭绝了。”

政府对调查结果感到震惊，要求林和他的团队收集有关岩浆房的更多信息，以便他们了解喷发的迹象和风险，这对于构建紧急预警系统所需的基础工作至关重要。他们对岩浆房了解得越多，就越容易知道火山爆发的时间和地点。“问题是我们不知道岩浆房有多深或有多大；我们不知道详细的几何形状，”林说。

他们在台湾北部部署了 146 个宽带地震台站，以记录来自所有不同方向的地震的最大数量，包括本地地震和所谓的远程事件——远至日本和夏威夷的地震。

“我们需要成千上万的地震事件来收集非常详细的数据，我们需要从各个不同的角度来构建全貌，”林解释道。然而，在几年之内，他们获得了足够的信息。这是个坏消息：这个房间比他们想象的要浅得多，也比他们想象的要大。它大致呈圆柱形，顶部深 8 公里（5 英里），直径约 12 公里（7.5 英里），高约 12 公里（7.5 英里）。

岩浆运动很慢：不会在一天之内发生，可能需要一周甚至一个月——林郑宏

除了地震数据，林和他的团队还开始监听潜水活动，这是岩浆活动的早期预警信号。来自岩浆室的持续热量导致地下气体通过岩石中的管道向上移动，直到它们爆炸性地突破地表。在大型潜水喷发中，还会喷出岩石、火山灰和其他碎片。

使用次声传感器，该团队获得了林所说的两个相距约 7 公里（4.3 英里）的喷气孔之间的“对话”。您可以在这里收听 100 倍加速的片段。林说这种声音“有点像一架喷气式飞机从头顶飞过”，时而高音，时而低音。这段对话被解释为火山可能会以潜水方式喷发的更多证据。

到 2018 年，政府对林的调查结果非常关注，下令中央气象局 (CWB) 建立预警系统。以林为首的台湾火山观测站的任务是设计和建立一个系统来实时监测表明即将爆发的证据。同时，CWB 将建立一个机制，让他们与政府机构、城市官员和学者协调，根据数据做出决策——例如可能的疏散。

天文台设置了由大约 40 个台站组成的密集阵列，称为阳明山地震台网，将不断的数据反馈给天文台。林说，如果岩浆开始上升，它将引发多次局部地震，这些地震很容易被阵列捕捉到。数量的突然增加会立即发出警报。

另外两个关键数据来源是测地线（地球表面曲线的任何变化）以及从通风口排放的流体和气体的化学成分。林的团队在大油坑、小油坑和黄嘴山（地震最活跃的地点）最有可能喷发的地点附近安装了 10 多个 GPS 站，并在温泉和喷气孔安装了仪器，以不断测量标记化合物和同位素的浓度和密度，例如二氧化碳和氦气。

从全球范围来看，监控系统是相当标准的。美国史密森学会的研究地质学家伊丽莎白·科特雷尔 (Elizabeth Cottrell) 说：“[S] 科学家通常在寻找火山地震活动、变形和/或气体排放的增加”来预测火山喷发。

当林的团队在阳明山的斜坡上设置设备时，CWB 开始创建预警系统的物流。CWB 地震中心的研究员、林的前研究生 Pu Hsin-Chieh 是该团队的一员。他记得当时他和他在局内的同事因为新了解台湾火山爆发的危险而感到压力。“大屯火山群没有现代火山喷发记录，因此很难设计出合适的预警系统，”他说。

紧迫感蔓延到当地政府。但是，当台北在 2018 年初举行了该市有史以来的第一次火山演习时，在浦和他的团队接到命令开始建设预警系统的几周前，他们忘记了向公众发出警告。该市消防部门向居住在火山附近的居民发送了短信警报，要求他们撤离家园。只是在消息末尾提到了这是一次测试演习的事实。当时的一篇新闻报道描述了这种恐慌，一个人在网上发帖称他们“被吓死了”。

在预警系统下，由不同合作伙伴组成的“工作组”定期举行会议。如果他们认为数据显示出火山活动的迹象，就会发起一系列会议。首先，工作组将与学者专家委员会协商。如果火山爆发的证据仍在增加，中央、台北市和新北市政府的官员将介入。

正如 2018 年的模拟演习一样，短信将让公众了解情况。台湾人习惯于收到这些“总统警报”，以应对这里常见的威胁，例如地震和台风。还设计了一个颜色编码的警报，1级（绿色）表示“一切正常”；2 级（黄色）警告即将爆发的可能迹象；和 3 级（红色），警告喷发已经发生或即将发生。浦说，到目前为止，这一水平从未超过绿色。

浦向我展示的流程图中都列出了这一切。当我问他如果出现异常数据，所有这些会议需要多长时间，他不自觉地笑了。“我认为它可能很快，但我不知道，以前从未发生过。”

然而，任何早期预警系统只有在被测量的前兆在任何灾难发生之前被检测到时才有效。林相信，就大屯而言，TVO 将能够预测任何几天甚至几周的火山活动。“岩浆运动非常缓慢：它不会在一天之内发生，可能需要一周甚至一个月，”他说。

火山是非常复杂的系统，无论我们如何监测它们，它们仍然能给我们带来巨大的惊喜——Kostas Konstantinou

但其他一些科学家敦促谨慎行事。科特雷尔说，并不总是能够知道火山何时爆发。“前体活动和喷发高潮之间经过的时间变化很大，”她说。“科学家们已经记录了火山爆发前几分钟到几年发生的前兆事件。”

台湾国立中央大学的火山学家 Kostas Konstantinou 参与了与林一起在大屯上空放置地震仪的早期工作，他同意不能肯定地说大屯会提前发出明确的信号。“大自然不会按照你的规则行事，它会按照自己的规则行事，”他警告说。“火山是非常复杂的系统，无论我们如何监测它们，它们仍然能给我们带来巨大的惊喜。”

然而，之前在哥伦比亚卡尔达斯大学研究火山附近危险区的结构地质学家卡罗琳怀特希尔对火山爆发的预测更为乐观。“围绕预测发表声明的基调非常保守，”她说。“非正式地，我认为在大多数情况下，我们可以在喷发前几周或几个月预测监测到的火山喷发。”

目前还不太清楚为什么有些火山会发出警告信号，而另一些则不会，但可以肯定的是，如果大屯是那种能够显示早期前兆的火山，那么天文台的系统就可以做到最好。

林说他不相信大屯在有生之年会爆发。他认为未来几十年发生岩浆事件的可能性约为 1%，尽管他警告说，潜水喷发的可能性更大，为 10-20%。虽然潜水喷发没有像岩浆事件那样以其级联的发光熔岩吸引人们的想象力，但它们仍然可能是致命的。2014 年，日本一座名为 Ontake 的火山喷发，导致附近徒步旅行的60 多人丧生。

Konstantinou 将阳明山的热液系统描述为一锅沸腾的水。他说，地震或山体滑坡可能会使系统减压并导致潜水喷发，岩石像子弹一样飞出。“危险是非常真实的。它随时可能发生。”

在2018 年与人合着的一篇论文中，康斯坦丁努计算出，小油坑的远足小径和道路都在可能会在潜水喷发中喷出的岩石范围内。他警告说：“如果它发生在周日，当时所有人都出去了，天气不错，拍下喷气孔的照片，伤亡会很多。”

众所周知，潜水喷发难以预测，但林说使用倾斜仪进行监测，测量垂直水平的微小变化，以及其他仪器仍然可以提供帮助。“如果我们专注于各种数据，例如来自倾斜仪、地球化学观测和次声信号的数据，我们仍然有很大的机会检测异常。”

“理论上，我们有机会，”Pu 说。“在真实情况下，我们不知道。”