监测泡沫岩浆气体可以帮助避免灾难

火山爆发是危险的，而且很难预测。东京大学的一个团队发现，从火山喷气孔(地球表面的缝隙)释放的特定气体中原子的比例可以提供一个指标，表明地下深处的岩浆正在发生什么——类似于进行血液测试来检查你的健康。这可以指示事情何时可能“升温”。

具体来说，argon-40 和 helium-3 比例的变化可以表明岩浆的泡沫程度，这表明不同类型喷发的风险。了解哪些气体的哪些比率表明某种类型的岩浆活动是一大步。下一步，该团队希望开发可提供现场实时测量的便携式设备，用于 24/7 的火山活动监测和预警系统。

一想到站在火山上，你会兴奋还是恐惧?对于许多人来说，生活在火山的阴影下是日常生活的一部分。日本有 111座活火山，平均每年有 15 次火山“事件”，包括喷发。但这些事件是出了名的难以预测，而且可能是致命的。

2014年，日本第二高的火山、著名旅游胜地御岳山意外喷发，不幸造成58人死亡、5人失踪。地震活动通常是一个预警信号，但有些火山喷发(包括御岳火山爆发)可能在没有明确地震信号的情况下发生，因此日本气象厅等减灾机构将受益于其他可靠的方式来预警居民下一次潜在灾难.

喷气孔是地球表面(地壳)中的孔洞和裂缝，它们释放出气体和蒸汽，并且经常出现在火山周围。喷出的气体由多种化学物质组成。它的成分可以让我们深入了解地壳下方地幔中发生的事情，岩浆(熔岩)形成并向上推动，最终喷发成熔岩。研究人员已经知道，某些气体的同位素(来自具有相同化学性质但质量不同的元素的原子)的比率可以指示隐藏的岩浆活动。

“我们知道，当岩浆活动增加时，氦同位素比率偶尔会从低值(类似于地壳中的氦)变为高值(如地幔中的氦)。这是基于一项观察2011 年发生喷发的加那利群岛埃尔耶罗岛(位于非洲西北海岸附近的大西洋)的冷泉气体的氦同位素比率，”高级科学研究中心的 Hirochika Sumino 教授解释说和技术。“但我们不知道为什么在岩浆活动期间我们有更多的地幔源氦。”

为了获得更深入的了解，Sumino 和团队决定监测活跃的草津白根火山周围六个喷气孔的气体，该火山位于群马县东京西北约 150 公里处。该团队在 2014 年至 2021 年的七年间每隔几个月收集一次样本。收集后，他们将样本带回实验室，并使用称为惰性气体质谱仪的最先进设备进行分析。这使他们能够精确测量同位素组成，包括超痕量(微小但重要)同位素的组成，例如氦 3，与地壳或空气相比，氦 3 通常在地幔中更丰富。

“我们成功地检测到岩浆衍生的 argon-40/helium-3 比率的变化，这与岩浆动荡有关。使用计算机模型，我们发现该比率反映了地下岩浆发泡的程度，使火山气体气泡分离来自液体岩浆，”Sumino 解释道。

“岩浆泡沫的多少决定了向火山下方的热液系统提供了多少岩浆气体，以及岩浆的浮力如何。前者与潜水喷发的风险有关，其中热液系统的水压增加导致eruption. 后者会增加岩浆上升的速度，导致岩浆喷发。

“当你将火山与人体进行比较时，以观察地震和地壳变形为代表的常规地球物理方法类似于听胸部和测量身体尺寸。在这些情况下，很难知道是什么健康问题导致了一些人在没有进行详细的医疗检查的情况下，您的胸部出现噪音或体重突然增加。另一方面，分析喷气气体中元素的化学和同位素组成就像呼吸测试或血液测试。这意味着我们正在查看实际材料直接从岩浆中提取，以准确了解岩浆的情况。”

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