宾夕法尼亚州立大学的研究人员开发出了一款具有里程碑意义的计算机建模工具，有望提前预警致命的火山斜坡崩塌及其引发的海啸。这项创新技术能为受威胁的社区争取宝贵的撤离时间，从而在灾难来临前有效挽救生命。
这些先进的火山模型本周在《地球物理研究：固体地球》(Journal of Geophysical Research: Solid Earth) 期刊上发表，标志着人类在理解这一自然界最具灾难性的现象方面取得了重大突破。由宾夕法尼亚州立大学地球科学系副教授克里斯特尔·沃西耶 (Christelle Wauthier) 领导的研究团队，创建了复杂的模拟系统，深入分析岩浆上升如何导致火山侧翼失稳。这项研究有望帮助我们避免类似圣海伦斯山和印度尼西亚喀拉喀托之子火山（Anak Krakatau）所发生的悲剧。
预警静默杀手，防患于未然
火山斜坡崩塌带来了独特的危险，因为它们往往在几乎没有预兆的情况下发生，却能引发破坏力极强的海啸，其影响范围远超火山本身。2018年12月，喀拉喀托之子火山的侧翼崩塌，导致海啸席卷爪哇岛和苏门答腊岛，造成400多人死亡。更早期的1883年，同一地点的火山爆发曾引发高达100多英尺（约30米）的海浪，夺走了超过3.6万人的生命。
沃西耶教授解释说，火山下方岩浆的涌入会给地壳带来巨大的压力，这种压力远超水压。她指出，岩浆对岩石施加的巨大作用力可能导致火山失稳并最终崩塌。然而，目前对究竟是哪些确切条件会引发这种不稳定尚不明确，评估其触发因素也极其复杂。
宾夕法尼亚州立大学开发的模型专注于几个关键因素，包括断层倾角（即岩石裂缝相对于水平面的角度），以及岩浆压力如何影响斜坡的稳定性。研究人员发现，当岩浆在火山顶部下方形成裂缝时，浅层断层倾角的区域会变得尤其不稳定；与此同时，具有更垂直断层角的陡峭斜坡也容易发生崩塌。
革命性的监测能力
这项研究的发布，正值火山监测技术迎来一场更广泛的革命。如今，科学家们能够在高风险的火山侧翼部署地震仪和GPS监测器等定向传感器，从而在崩塌发生前进行分钟级的实时监控。沃西耶指出，如果能明确火山的哪些区域更容易发生崩塌，就可以提前在该危险侧翼部署地面传感器，如地震仪或GPS，进行分钟级甚至小时级的实时监测，从而在崩塌发生前做好充分准备。
沃西耶团队最近的卫星研究揭示了一个惊人的事实：喀拉喀托之子火山的山体在2018年崩塌前的12年间一直在缓慢滑动，并且在灾难发生前的几个月里，滑动速度显著加快。利用干涉合成孔径雷达（InSAR）技术，研究人员检测到从2006年至2018年期间，该火山累积滑动了约50英尺（约15米）。
全球影响与未来应用
宾夕法尼亚州立大学的这项突破，是2025年火山预测技术领域一系列进展中的重要一环。与此同时，坎特伯雷大学的研究人员开发了人工智能工具，通过分析41次历史喷发的地震模式，发现了一些可在不同火山之间通用的预警信号。此外，加州理工学院的科学家们还在冰岛部署了光纤传感技术，能够在熔岩喷发前提供30分钟的预警。
最具爆发力的火山通常形成于板块碰撞的俯冲带，这些区域常位于印度尼西亚和阿拉斯加阿留申群岛等地的海岸线附近。全球范围内，有2900万人口居住在距离活火山10公里以内，因此，提升火山预测能力有望挽救成千上万人的生命。
沃西耶教授强调了这项研究的实际应用价值。她表示，这项基础研究可以应用于更准确地评估特定的崩塌风险，并识别火山中更易失稳的区域。从长远来看，推动这类研究的发展，将能为火山附近的社区争取宝贵的准备和撤离时间，从而在必要时有效避险。
参与这项研究的团队成员包括来自宾夕法尼亚州立大学的朱迪特·冈萨雷斯-桑塔纳（Judit Gonzalez-Santana）、德克萨斯理工大学的杰伊·隋·通（Jay Sui Tung）以及南达科他矿业理工学院的蒂莫西·马斯特拉克（Timothy Masterlark）。该研究获得了美国国家科学基金会（NSF）、美国国家航空航天局（NASA）以及宾夕法尼亚州立大学计算与数据科学研究所的资金支持。
