气候变化可能触发地震和火山*

气候变化可能触发地震和火山*

2009年9月15—17日，地质与地貌灾害的气候作用力研讨会在英国伦敦大学学院(University College London，UCL)召开，会议主要就过去和当前的气候变化与灾难性地质、地貌灾害间的关系进行了探讨。会议讨论内容主要分为三大部分:① 过去与未来的气候;② 火山作用和火山活动的气候作用力;③地震、块体运动和海啸灾害的气候驱动力。此次会议受到了英国国家气象局(UK Met Office)、英国地质调查局(BGS)、英国南极调查局(BAS)、伦敦大学学院以及牛津大学的支持。在此，我们对此次会议的主要内容及相关研究做一简要概述。

“地球母亲现在已经变得脾气暴躁、容易激动，不再是神话中那种温和善良的形象。事实上，她已经十分敏感，即使天气和气候的微小变化也能够撕裂行星地球的地壳，以火山爆发、地震和滑坡等形式发泄出愤怒。”

这是聚集于2009年9月15—17日在英国伦敦举行的“地质与地貌灾害的气候作用力”研讨会的专家们得出的结论。这说明气候变化可能会打破地球微妙的平衡，并诱发大量的地质灾害。更为糟糕的是，人类试图延缓全球变暖的努力(如碳封存)也可能引发灾难性事件。

1 气候变化与地震

1.1 海洋与地震

关于气候与地壳活动之间的关系，早在多年前就已经被证实。只是直到近年来，人们才越来越清楚地认识到，岩石对于其上部的空气、冰和水是多么的敏感。主办会议的伦敦大学学院的Bill McGuire表示，要引发地壳运动，无需巨大的变化，一些微小的变化就足够了。

从天气变化到覆冰量的波动，影响地壳的因素可谓是多种多样，而在这之中，海洋正在逐渐成为一个特别的调节器。牛津大学的Simon Day、伦敦大学学院的McGuire及Serge Guillas在会议上向人们介绍了海平面的微小变化可能影响东太平洋海隆(East Pacific Rise，扩张速度最快的板块边界之一)的地震活动的过程。

研究人员的关注焦点集中于复活岛微板块(位于复活岛海岸外的洋底)，因为其相对于其他断层来说是独立的，这就特别容易区别由气候系统和区域运动在这块板块上引起的变化。最终，研究人员发现，自从1973年以来，每隔几年到来一次的厄尔尼诺与洋底更为频繁的4～6级地震活动密切相关。

研究人员相信，厄尔尼诺与地震之间存在着某种联系。厄尔尼诺已经致使复活岛附近海域的海平面升高了数十厘米，研究者认为额外的水所产生的重量可能会增加海底下岩石孔隙中的流体的压力，而这足以抵消使岩石保持原位的摩擦力，进而使断层变得容易滑动。Day表示，海平面的变化是微小的，但是一个小的扰动却可能产生实质性的影响。

1.2 台风与地震

“台湾中央研究院”地球科学研究所与美国卡内基研究所共同组成的国际团队在对台湾东部地震进行研究的过程中发现:台风可以引发慢地震(这项研究成果发表于2009年6月11日的Nature)。

在2002—2007年间，研究人员在相距约5～15 km的监测仪器的记录中，共计发现了20次慢地震。为达到精确的观测结果，科学家同时记录了气压变化，以消除地底岩石因地表气压变化所产生的形变量。结果发现，有11次慢地震与台风同时发生，且每次持续约数小时到数十小时。此外，这11次慢地震比其他9次慢地震表现更为强烈。

为何台风的低气压会引发慢地震呢?卡内基研究所的Selwyn Sacks博士解释称，台风的低气压降低了陆地下面的岩石压力，但是海洋底下的岩石所受的压力却因较远处高压区的海水而没有降低，因而在额外压力梯度下引发了断层的滑动。台东瑞穗、奇美地区位于挤压板块的边界处，这些地区的断层都有稳定的变形，当接近断层面破裂的临界应力时，台风所带来的气压微小变化可能会使断层面应力超过岩层的承受极限，进而引发慢地震。

1.3 二氧化碳封存与地震

这一切看上去是那么的有希望——将纯净的二氧化碳埋藏于地下，使其远离人类，然后忘记它的存在。但是，即使是正在美国西弗吉尼亚建设的美国国内第一个大型二氧化碳封存工厂Mountaineer，很多地球物理学家仍在担心，把碳埋入地下有可能触发地震和海啸。

碳捕获与封存(CCS)工厂从废气中提取二氧化碳，然后将其泵入地表下几千米处的含水层和老的油气田。到目前为止，一切都很顺利。但是，二氧化碳经多孔的岩石上升、扩散，内压会越来越大。英国地质调查局的Andrew Chadwick警告称，如果向含水层注入足够多的二氧化碳，当其产生的压力足够高的时候，将引起断层运动，进而触发地震。

美国劳伦斯伯克利国家实验室(Lawrence Berkeley National Laboratory，LBNL)的地震学家Ernest Majer(其在2009年9月下旬向美国参议院简述过CCS的危害)表示，注入的二氧化碳与水和岩石之间的化学反应会使岩石变得不稳定。而CCS是一项新的技术，很多问题人们以前都没有遇到过。

2 气候变化与火山

2.1 海洋与火山

海洋的细微变化也能影响火山喷发。牛津大学的David Pyle与剑桥大学的Ben Mason对过去300年的火山喷发进行研究后发现，火山活动随季节变化而不同，世界范围内的火山喷发在北半球冬季时要比夏季多20%(该项研究成果发表于2004年4月的《地球物理学研究杂志》(Journal of Geophysical Research，JGR))。原因可能是进入北半球冬季时全球海平面会略有下降，因为北半球的陆地面积较南半球大，相对于南半球冬季而言，北半球冬季时会有更多的水被以冰和雪的形式留在陆地上。

世界上绝大多数最活跃的火山都分布在海岸线几十千米的范围内(见图1)，因此Pyle认为，以海平面下降这种形式所表现出的大陆边缘海水重量的季节性减少在世界各地都有可能触发火山。

海平面下降时会出现一些火山喷发现象，但是这并不一定意味着气候变化所导致的海平面上升会抑制火山活动，美国阿拉斯加的巴甫洛夫火山(Mount Pavlof)就常常在冬季喷发。阿拉斯加火山观测站(Alaska Volcano Observatory)的Steve McNutt在其先前的研究中将此归因于当地海平面的上升，由于低气压和强风暴，当地海平面每年冬季会上升30 cm。巴甫洛夫火山的位置意味着附近海域所增加的水的重量可能会对岩浆表面形成挤压，进而引起火山喷发。

图1 全球变暖带来的微小变化可能在全球触发的灾难性事件

McGuire表示，在其他地区，大陆边缘额外增加的水的重量(导致海平面上升)可能会使地壳发生弯曲，进而使得挤压环境减弱，因此岩浆将可能更容易到达相邻火山的表面。

所有这些例子看上去似乎都是矛盾的，但关键的一点是海平面的任何变化都可能改变大陆边缘的区域应力，而这足以使原本已经蓄势待发的火山喷发。

2.2 降雨与火山

降雨量的微小变化也能引起火山喷发。2001年，加勒比海蒙特塞拉特(Montserrat)岛的Soufrière火山喷发，大雨是其主要原因。大雨破坏了 Soufrière火山穹丘的稳定性，导致其坍塌，然后大量岩浆被释放出来。

而现在看来，即使典型的热带暴雨都可能引起火山爆发。气候模拟研究表明，气候变化将会为很多地区(包括热带地区)带来更多的降雨。

英国东英吉利大学(University of East Anglia)的Adrian Matthews及其同事对蒙特塞拉特地区的火山在过去3年里200多次降雨后的每一分钟的反应进行了监测，之后研究小组发现，在每次典型热带天气过后的两天里，火山活动都会增强(该项研究成果发表于2009年5月的《火山学与地热研究杂志》(Journal of Volcanology and Geothermal Research，JVGR))。Matthews表示，雨天会使火山穹丘崩塌的可能性从1.5%增加到16%，而这不需要一场引人瞩目的瓢泼大雨，也完全不需要飓风的帮助。

2.3 冰盖融化与火山

气候变化过程中最严重的地质灾害将可能是冰盖融化所带来的。冰盖融化后，暴露出的松散沉积物将以滑坡并产生海啸的形式进入海洋，而质量很大的冰盖的融化将可能触发火山喷发。英国纽卡斯尔大学(University of Newcastle)的Andrew Russell表示，即使冰盖只变薄几十米，情况也会大为不同。

例如冰岛的Vatnajökull冰帽，其跨越了一个板块边界和几座火山，并且很可能在未来两个世纪内消失。如果这一切发生的话，那么附近火山的活动性将大大增强。Russell的研究表明，在最后一个冰河时代结束后，冰岛北部的火山活动情况明显增强，大约是今天的30倍(该项研究成果发表于2009年6月的《地表过程与地形》(Earth Surface Processes and Landforms，ESPL))。

冰喷发则会给整个世界带来影响。1783年，冰岛的Laki火山爆发，致使硫磺烟雾笼罩了整个欧洲大地，并导致数千人死亡。

3 小结

因为地球对气候的敏感性到现在才显现出来，所以到目前为止，气候变化对地震和火山的发生频率及强度有多大影响还不是很清楚。同时，人类目前还没有足够的数据可以用来建立连接两个系统的气候预测模型，但是，非常关键的是现在人们已经意识到:人类活动是多么容易“惹怒”地球。而这是科学问题，并不是所谓的危言耸听。

详细资料见参考文献［1-5］。

(中国科学院国家科学图书馆兰州分馆/中国科学院资源环境科学信息中心 赵纪东编写)

［1］The UCL Johnston-Lavis Colloquium 2009:Climate Forcing of Geological and Geomorphological Hazards(15-17th Sept.2009).http://www.abuhrc.org/newsmedia/Pages/event_view.aspx?event=5

［2］Climate Change May Trigger Earthquakes and Volcanoes(Ⅰ).http://www.newscientist.com/article/ mg20327273.800-climate-change-may-trigger-earthquakes-and-volcanoes.html

［3］Climate Change May Trigger Earthquakes and Volcanoes(Ⅱ).http://www.newscientist.com/article/ mg20327273.800-climate-change-may-trigger-earthquakes-and-volcanoes.html?page=2

［4］Climate Change:Tearing the Earth Apart?http://www.newscientist.com/article/mg19025531.300-climatechange-tearing-the-earth-apart.html

［5］Slow Earthquakes Triggered by Typhoons.http://www.nature.com/nature/journal/v459/n7248/full/nature08042.html

P315.1，P317;

D;

10.3969/j.issn.0235-4975.2010.01.005

2010-01-13。