【编者按】2022年伊始，汤加火山的重新喷发造成全球性影响，吸引全世界的目光，并在国内引发公众普遍关注与兴趣，国内地质学界对该喷发也进行了热烈讨论。伴随着人们对火山兴趣的增加以及对火山喷发知识的渴望，火山学也成为公众与学者关注的焦点，同时为我国的火山学研究与知识普及提供了新的机遇。为了进一步促进我国火山学的研究，中国矿物岩石地球化学学会火山学与地球内部化学专业委员会将推出有关介绍国内外火山学研究的系列科普文章，以满足广大读者的需求。学会公众号和学会会刊《矿物岩石地球化学通报》将推送和发表。

全球主要活动火山概况及对长白山火山监测的启示

盘晓东^1,2，宋雨佳^1,2*，李萌萌^1,2，顾国辉^1,2，韩　迪^1,2，关　升^1,2，曹戎机^1,2，朱大庆^1,2 

1. 吉林省地震局 吉林长白山火山国家野外科学观测研究站

2. 中国地震局 火山研究所

火山喷发是地球内部能量释放的过程，在地球长达46亿年的生命历程中，火山活动几乎没有停止过。火山会给自然界和人类社会带来灾难，威胁着人类赖以生存的环境。2022年1月15日汤加火山喷发，这是自1991年菲律宾皮纳图博火山喷发以来全球规模最大的一次，所产生的火山灰、海啸等灾害引发全球关注。全球有1400多座全新世以来有过喷发的活火山，主要分布在环太平洋火山带、地中海-喜马拉雅山火山带、大洋中脊-红海-东非裂谷带（图1）。目前只有约20％的火山进行过监测研究和灾害风险评估，许多休眠火山虽然在全新世没有喷发，但仍具有潜在喷发的可能性，也不能忽视。全球约有8亿人生活在活火山周边100公里范围内，有历史记录的火山灾害死亡人数近30万，火山喷发的潜在危害不断增加。

图1 全球火山分布图

自然灾害防治是人类生存发展的永恒主题，世界多火山国家如美国、意大利、日本、印度尼西亚、菲律宾等，都比较重视火山监测预测预警及灾害防御工作。美国圣海伦斯火山1980年5月18日的大喷发就被火山学家成功预测到，从而避免了数千人的伤亡。

全球主要活动火山

要进行火山的预警预测，首先要对这些活动火山进行研究、监测。那么全球的主要进行监测的活动火山有哪些呢？

圣海伦斯火山

圣海伦斯火山是北美喀斯喀特火山链上一座美丽的圆锥形复合式火山（图2），形成于4～5万年前，自1857年以来一直处于休眠状态。1980年3月火山开始苏醒，地震、喷气、颤动与变形连续发生，火山口北侧向外扩张了80多米。美国火山学家通过监测数据分析，预测火山将会在短时间内喷发，并建议当地政府封锁周边区域、强迫当地居民与游客撤离。5月18日，该火山发生大规模爆发式喷发（火山爆发指数VEI=5），这是美国100多年来的最大火山喷发事件，喷出的火山灰覆盖了美国西部大部分区域。由于得到准确预报，这次火山灾难尽管导致了数十人的死亡，但几千人的生命得到了拯救。

图2 圣海伦斯火山全景图（来源：Smithsonian Global Volcanism Program）

此次喷发之前，火山学家虽然于1972年在圣海伦斯火山上布设了地震仪，但还只能猜测是否会看到火山喷发，并未真正重视火山监测。1980年的大喷发极大促进了美国对圣海伦斯火山的监测研究，除测震等常规监测手段外，还采用了GPS、地基雷达、卫星热红外、火山气体监测等手段，先进的火山监测网络使其成为世界闻名的火山监测研究天然试验场。

基拉韦厄火山

位于美国夏威夷岛东南部的基拉韦厄火山，是现今世界上最年轻、最活跃的火山之一（图3）。最早的火山喷发活动记载始于1820年，是以频繁的熔岩流喷发为主，正如它的名字——基拉韦厄，夏威夷语的意思是“涌出”或“冒出”。从1983年到2018年，经过近35年相对稳定的活动，2018年5月，该火山系统突然发生变化，火山东部出现20条火山裂缝并出现裂隙式喷发，喷发导致700多所房屋被摧毁，2000多人撤离。2021年以来，顶部火山口仍在持续性喷发。

鉴于基拉韦厄火山的频繁喷发，1912年美国在此建立了第一个火山观测站，即夏威夷火山观测站（HVO），它是美国地质调查局的五个火山观测站之一，负责监测夏威夷的火山和地震活动。近百年来，火山学家们不断研发火山监测仪器，丰富监测网络。夏威夷火山观测站现已建成了由地震、地形变、火山气体、次声波等监测手段、240多个监测站点组成的火山监测网络，是全球监测研究最先进的火山观测站之一。除使用地面传感器进行监测外，美国宇航局（NASA）还利用了卫星技术，从太空监测地面高程和地表温度的变化，可实时监视火山熔岩流或其他喷发活动，并在2018年5月的火山喷发事件中，为当地政府及时发布橙色警报提供了依据。

图3 基拉韦厄火山全景图（来源：Smithsonian Global Volcanism Program）

埃特纳火山

埃特纳火山位于美丽的意大利西西里岛（图4），是全球火山喷发记录最早、喷发次数最多、监测研究最成熟的火山之一，其喷发历史可追溯到公元前1500年。自古以来，这座火山一直处于持续活动状态，距火山几公里远就能看到不断喷出的火山气体烟雾及蒸气喷发的爆炸声，有史记录以来的喷发活动累计造成近100万人伤亡，历史上最猛烈的喷发发生在1669年，持续4个月之久，使卡塔尼亚附近城镇数万人丧生。

图4 埃特纳火山（来源：安莎社）

对埃特纳火山的监测研究水平在世界上名列前茅，拥有现代化的火山监测网络，包括地震、次声、强震、GPS、地倾斜、地球化学、影像、气象监测台网，还有重力、地磁、地电、应变等监测台网，仅在西西里岛火山周边4千米范围内就设有4个视频监控系统。监测人员还利用卫星热红外、多光谱遥感监测等手段每日严密监视火山活动。最近科学家基于原子干涉测量的量子传感器，又开展了量子重力仪在埃特纳火山的监测研究应用，以评估埃特纳火山岩浆补给系统的变化。

默拉皮火山

“默拉皮”是古老的爪哇语，意思是“生火者”，俗称火山。默拉皮火山是印度尼西亚最活跃的火山（图5）。该火山于40万年前开始喷发，之后火山活动一直较为频繁，平均每5到10年喷发一次，每隔1000年就会发生一次大型普林尼式喷发。公元1006年的大喷发毁灭了爪哇岛的一个王国，埋没了世界七大奇观之一的婆罗浮屠佛塔。1930年的大喷发毁灭了周边13个村庄，导致1400多人死亡。

图5 默拉皮火山全景图（来源：VolcanoDiscovery） 

默拉皮火山地震监测始于1924年，目前在火山周围建成了由8个地震观测台组成的监测台网，配置有测震、倾斜形变、电磁、次声波等监测手段。监测台网可对火山地震进行精确定位，但目前尚未记录到火山下方1.5千米以下的火山地震；通过地磁异常变化判断岩浆活动状态变化，从而预测火山的喷发；通过地震波监测还可以确定火山泥石流的发生。近些年来，星载热红外、高分辨率卫星雷达在火山监测上的应用得到了快速发展。尽管如此，由于印度尼西亚国内火山监测技术和仪器仍依赖于外国的支持，火山监测研究水平不高，导致印度尼西亚火山喷发频繁而火山灾害预警能力仍显不足。

富士山火山

位于环太平洋地震火山带上的富士山火山是日本最大的多成因火山，也是日本最高峰，被日本人民誉为“圣岳”，是日本民族引以为傲的象征。公元1707年的最后一次喷发是该火山历史上最大的喷发，其火山爆发指数（VEI）达到5，之后一直处于休眠状态。该火山积蓄了较大的能量，且距首都东京仅80余公里，一旦喷发将对周边人类活动及生态环境带来重大影响，因此什么时候苏醒再喷发，一直备受关注。

图6 富士山火山全景（来源：VolcanoDiscovery）

为了防范未来火山喷发灾害，日本在富士山建设了20多个火山地震监测台站、10多个GNSS监测台站，另外还开展了火山形变、气体地球化学监测。通过火山深部结构探测和火山监测，1983年首次记录到了低频火山地震，发现了火山下方存在岩浆房，2000—2001年间出现了明显的低频火山震群和地面形变，被认为是富士山火山出现了火山扰动事件，但2002年后又恢复了平静。2011年日本“3·11”9.0级大地震后，火山区南部在3月15日也发生了一次6.4级地震，火山出现高频地震，但未观测到山体膨胀，未出现火山扰动。尽管如此，近年来日本及周边发生地震、火山喷发事件后，许多人根据火山的活动周期预测富士山可能会在近期喷发，这已经成为国际社会舆论焦点之一。

塔尔火山

塔尔火山是世界上海拔最低的活火山，也是菲律宾最活跃且最危险的火山之一。该火山在地貌上较为奇特，在大的火山口湖（塔尔湖）中有一个小的火山口湖，就像袋鼠妈妈的育儿袋中还有一小袋鼠一样，二者构成了“母子”火山。“母子”年龄相差较大，塔尔火山形成已有几百万年，而其“儿子”的出生距今才不过80多年。塔尔火山较为活跃，有史记录以来，该火山有过30余次喷发，历史上最大一次喷发发生在公元前3580±200年，火山爆发指数（VEI）达到6。塔尔火山区周边人口密集，距首都马尼拉仅60多公里，火山喷发灾害风险较大。

图7 塔尔火山地貌图

对塔尔火山的监测始于1952年，然而1965年的一次火山喷发推毁了火山监测设备，1966年又重新布设了监测设备。现已建成较为先进的火山监测系统，配备有火山地震、连续GPS、连续CO2气体、倾斜形变监测等设备。自1977年火山平静以来直到2020年1月的43年里，火山学家共监测到至少5次火山震群事件，地表形变每年高达20多厘米，火山口湖CO2排放每天高达4000多吨。火山积累的巨大能量引发了2020年1月12日的大规模喷发，此次喷发导致首都马尼拉机场航班停运。

我国代表性活动火山——长白山天池火山

我国有14个在全新世有过喷发活动的活火山区，主要分布在东北、西南和东南地区，其中长白山天池火山是我国最具潜在灾害性喷发危险的活火山。该火山是一座大型多成因的复合型层状火山，曾在公元946年发生过大规模的火山爆发（VEI=6～7，简称千年大喷发），随后分别在 1668、1702 和 1903 年有过中小规模的喷发活动，然后休眠至今（Xu et al., 2012）。

为防范火山灾害风险，长白山天池火山监测站1995年12月建成，经过20多年的发展，现已建成由13个观测子台组成的火山地震台网、12个GPS观测点组成的形变监测网、2点温泉水化学观测点组成的流体地球化学观测网和1个重力观测站等组成的长白山天池火山监测系统。近年来的火山监测结果显示，2002—2005 年间火山地震活动明显增加，地表形变与气体地球化学观测都发生了明显异常，是一次典型的“火山扰动”事件，可能预示着长白山火山的苏醒。火山扰动期结束后，恢复平静，被认为是火山周期性的岩浆补给阶段，虽无近期（数年）喷发危险，但中长期喷发危险不可忽视。2019年以来，长白山火山地震活动有增多趋势，2020年12月22日还出现了一次由38次小震组成的火山震群事件。火山监测研究人员一直关注着火山观测数据的变化，并对火山下方的岩浆活动状态开展了诸多的探索研究。

对长白山火山监测研究的启示

火山喷发活动反映了复杂的岩浆作用过程，有休眠期后出现再喷发的火山，如圣海伦斯火山、塔尔火山、基拉韦厄火山；有长时间休眠后目前仍处于休眠状态的火山，如日本富士山火山、长白山火山；有长期处于喷发活动的典型火山如埃特纳火山、默拉皮火山等。长白山天池火山与上述6座火山在火山喷发及其灾害类型、喷发方式、喷发序列等方面既有相似之处，又有独特之处。目前对这些火山的监测普遍采用的都是地震、形变和气体地球化学观测手段。发达国家都建立了较为完善的火山监测网络，许多火山监测站都是“百年老站”，火山监测研究处于国际领先水平。有的国家如菲律宾、印度尼西亚，尽管国家经济发展水平相对落后，但由于政府的重点关注和大力支持以及国际援助，也建立了较为完善的火山监测系统。

近百年来我国未曾经历火山喷发灾害事件，因此火山监测与设防工作开展相对较晚。长白山天池火山监测台网于1999年初步建立、观测，但监测时间短、经验较少，技术水平相对较低，成网监测和连续监测的能力还有待提高。如同一位医生虽然拥有先进的医疗设备，却缺乏病例和行医经验。尽管如此，对我国代表性活动火山的长白山天池火山的监测，改变了我国对活动火山不设防的状态。1999年正式观测后，很快就记录到典型的火山区构造地震，并在2002—2005年期间，记录到了数千次火山地震事件，国内外火山专家这一期间纷纷莅临长白山，商讨对策，进一步分析研判，得出了“2002—2005年期间出现了一次火山扰动事件”的共识。近年来，火山地震监测台网不断完善，强化国内外交流合作，新技术新方法不断应用于火山监测之中，并取得了一批重要的监测研究成果，《中国活动火山专辑》在伦敦地质学会出版发行，引起了国际火山学界的广泛关注。

当然，火山监测还有很长的一段路要走。当前长白山火山全域旅游高速发展，火山周边人口密集，经济发展迅速，火山一旦喷发将会导致难以预料的灾难。因此，要不断借鉴国际先进的监测预测预警技术、火山灾害风险区划及应急应对经验，进一步夯实监测基础，建立长白山火山监测预警系统，使长白山天池火山实时处于科学监控之下，让人类与火山和谐相处。

火山喷发活动反映了复杂的岩浆作用过程，有休眠期后出现再喷发的火山，如圣海伦斯火山、塔尔火山、基拉韦厄火山；有长时间休眠后目前仍处于休眠状态的火山，如日本富士山火山、长白山火山；有长期处于喷发活动的典型火山如埃特纳火山、默拉皮火山等。长白山天池火山与上述6座火山在火山喷发及其灾害类型、喷发方式、喷发序列等方面既有相似之处，又有独特之处。目前对这些火山的监测普遍采用的都是地震、形变和气体地球化学观测手段。发达国家都建立了较为完善的火山监测网络，许多火山监测站都是“百年老站”，火山监测研究处于国际领先水平。有的国家如菲律宾、印度尼西亚，尽管国家经济发展水平相对落后，但由于政府的重点关注和大力支持以及国际援助，也建立了较为完善的火山监测系统。

近百年来我国未曾经历火山喷发灾害事件，因此火山监测与设防工作开展相对较晚。长白山天池火山监测台网于1999年初步建立、观测，但监测时间短、经验较少，技术水平相对较低，成网监测和连续监测的能力还有待提高。如同一位医生虽然拥有先进的医疗设备，却缺乏病例和行医经验。尽管如此，对我国代表性活动火山的长白山天池火山的监测，改变了我国对活动火山不设防的状态。1999年正式观测后，很快就记录到典型的火山区构造地震，并在2002—2005年期间，记录到了数千次火山地震事件，国内外火山专家这一期间纷纷莅临长白山，商讨对策，进一步分析研判，得出了“2002—2005年期间出现了一次火山扰动事件”的共识。近年来，火山地震监测台网不断完善，强化国内外交流合作，新技术新方法不断应用于火山监测之中，并取得了一批重要的监测研究成果，《中国活动火山专辑》在伦敦地质学会出版发行，引起了国际火山学界的广泛关注。

当然，火山监测还有很长的一段路要走。当前长白山火山全域旅游高速发展，火山周边人口密集，经济发展迅速，火山一旦喷发将会导致难以预料的灾难。因此，要不断借鉴国际先进的监测预测预警技术、火山灾害风险区划及应急应对经验，进一步夯实监测基础，建立长白山火山监测预警系统，使长白山天池火山实时处于科学监控之下，让人类与火山和谐相处。