努力了解火山如何以及何时爆发的科学家面临着一个挑战:许多过程发生在地下深处与危险的熔融地球旋转的熔岩管中。火山爆发时，任何能够提供导致爆炸的线索的地下标记物通常都会被摧毁。

 

但利用观察微小晶体矿物橄榄石的形成在一个暴力的爆发发生在夏威夷半个多世纪前,斯坦福大学的研究人员已经找到一种方法来测试计算机模型的岩浆流,他们说可能揭示新的见解关于过去爆发和可能有助于预测未来的。

 

斯坦福大学地球、能源与环境科学学院(Stanford Earth)地球物理学助理教授Jenny Suckale说:“我们实际上可以从这些晶体数据中推断出火山喷发前的流体数量属性，并了解导致火山喷发的过程，而无需对火山进行钻孔。”“这对我来说是火山学的圣杯。”

 

这些毫米大小的晶体是在1959年夏威夷基拉韦厄火山爆发后被埋在熔岩中发现的。对晶体的分析显示，它们的方向很奇怪，但惊人的一致，斯坦福大学的研究人员假设，这是由地下岩浆中的波形成的，它影响了晶体在流动中的方向。在12月4日发表在《科学进展》上的一项研究中，他们首次模拟了这一物理过程。

 

“我一直怀疑这些晶体比我们想象的更有趣更重要，”萨卡勒说，他是这项研究的资深作者。

 

侦探工作

 

是一次偶然的相遇促使萨卡勒根据她的怀疑采取了行动。她在听一位斯坦福大学研究生关于海洋中微塑料的演讲时有了一个深刻的见解，海浪可以导致非球形颗粒呈现出一致的方向错误模式。萨卡勒找来了当时还是博士生的米歇尔·迪贝内代托(Michelle DiBenedetto)来研究这个理论是否适用于基拉韦厄的奇特晶体取向。

 

“这是侦探工作的结果，他们将细节视为最重要的证据， ，杏耀代理”Suckale说。

 

与地球物理学研究科学家秦志鹏一起，该团队分析了来自火山渣的晶体。火山渣是一种黑色的多孔岩石，由含有溶解气体的岩浆冷却形成。当火山喷发时，液态的岩浆——一旦到达表面即被称为熔岩——会受到较低的大气温度的冲击，迅速俘获自然形成的橄榄石晶体和气泡。这一过程发生得如此之快，以至于晶体无法增长，从而有效地捕捉了爆发期间发生的事情。

 

新的模拟是基于基拉韦厄伊基(Kilauea Iki)的晶体方位，它是基拉韦厄火山(Kilauea)主顶火山口旁边的一个坑状火山口。它为理解基拉韦厄管道的流动提供了基础。基拉韦厄管道是地下炽热岩浆上升到地表的管状通道。由于火山渣可以被吹到离火山几百英尺远的地方，所以这些样本比较容易收集。迪贝内代托是这项研究的主要作者，杏耀连接现在是伍兹霍尔海洋研究所的博士后学者。他说:“我们可以利用这些真正的小规模过程来了解这个巨大的系统，这令人兴奋。”

 

抓一波

 

为了保持液态，火山内部的物质需要不断移动。该小组的分析表明，晶体的奇怪排列是由岩浆同时向两个方向移动造成的，其中一股直接在另一股上方流动，而不是以一股稳定的流从管道中倾泻而出。萨卡勒说，研究人员此前曾推测这可能会发生，但由于缺乏直接接触熔融管道的途径，阻止了确凿的证据。

 

“这些数据对于推进我们关于这些危险的未来研究很重要，因为如果我能测量这些波，我就能限制岩浆流动——而这些晶体让我能够得到这些波，”Suckale说。

 

从危险的角度来监测基拉韦厄火山是一个持续的挑战，因为这座活火山的爆发是不可预测的。它没有持续泄漏熔岩，而是周期性爆发，导致熔岩流，危及夏威夷大岛东南部的居民。

 

研究人员说，通过追踪未来基拉韦厄火山喷发不同阶段的晶体方向偏差，科学家可以推断出随时间推移的管道流动状况。

 

“没有人知道下一集什么时候开始，或者会有多糟糕——这一切都取决于导管动力学的细节，”Suckale说。