Imaging shallow magma storage and fluid pathways beneath Aso volcano using ambient-noise tomography
研究人员利用临时地震仪网络进行环境噪声断层成像，描绘了阿苏山中岳火口下方一个浅层的、受压的岩浆储层以及其上方的热液通道，揭示了这些结构如何促进流体输送并产生火山震颤。
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想象一下，地球的地壳并非坚硬、不可撼动的岩石，而是一个巨大的、不断冒泡的压力锅。在地下深处，熔岩（岩浆）和超热流体不断移动，试图寻找通往地表的路径。有时，它们会卡在隐藏的口袋里，像水壶里的蒸汽一样积聚压力。如果压力过高，“水壶”就会爆炸，导致火山喷发。科学家们长期以来一直想看清这些压力锅内部的运作方式，但地球是不透明的；我们无法直接对一座火山进行X光检查。相反，他们使用了一种巧妙的技巧，叫做“环境噪声断层扫描”。这就像是通过聆听由于持续的低频嗡鸣声（如交通或风声）在墙壁上反射出的回声，来试图弄清楚一个房间的形状。通过在火山周围布置许多麦克风（地震计），并聆听这些自然振动如何穿过地面，科学家可以绘制出哪里是坚硬的岩石，哪里是柔软的、破碎的或充满流体的区域。这至关重要，因为如果我们能绘制出火山的“管道系统”，我们或许就能预测它何时即将爆发，从而潜在地挽救生命和财产。
现在，让我们把目光聚焦到阿苏山，它是日本最大的活跃破火山口之一。这是一个拥有超级喷发历史的庞大系统，但最近其活动主要集中在一个被称为中岳（Nakadile）的小型中央火口。多年来，科学家们知道地下发生了某些异常情况，但地图非常模糊。在这项研究中，一个研究小组决定获得一张更清晰的图像。他们在火山周围布置了一个由40台地震计组成的临时网络，并聆听了大约35天的地球自然嗡鸣声。他们使用了一种将地面视为巨大乐器的方法，创建了一张深度约5公里的S波速度（剪切波在岩石中传播的速度）的高分辨率3D地图。
他们的发现就像是发现了火山厨房的秘密建筑结构。首先，他们在中岳火口下方2.5至4.5公里处发现了一个明显的、蛋形的极软岩石“团块”。在这个区域，岩石移动得非常缓慢（约1.5公里/秒），这表明岩石不仅仅是固态的；它高度破碎且充满压力，很可能储存着火山流体和气体。作者认为这是一个浅层岩浆储存区。它不是一个巨大的、开放的熔岩池，更像是一个由破碎岩石组成的“海绵”，正在吸收热流体。由于岩石高度破碎且充满压力，它可以轻易地膨胀或收缩，这解释了为什么地面有时会隆起和塌陷。
在这个“海绵”之上，团队发现了一个向地表延伸的狭窄、垂直的管状结构。这看起来像是一个流体通道，即一个将受压流体从储存区输送到火口的管道。这里的岩石移动速度也非常慢，表明其充满了开放的裂缝。这很可能是产生“超长周期”震颤（一种低频轰鸣声）的地方，因为气体正通过这个狭窄的管道向上涌动。最后，就在火口正下方，岩石是最软的，速度降至约1公里/秒。这一顶层被解释为一个高度蚀变的岩石带和密集的裂隙网络，可能充满了酸性热水。
论文还讲述了一个关于流体上升过程中发生了什么的迷人故事。在深处，流体可能处于“超临界”状态——一种既非完全液体也非完全气体的奇特、致密的相位。当它们上升到较浅的储存区时，压力下降，它们可能会突然转化为气体。这种相变会导致体积的大幅膨胀，从而增加破碎岩石储存区的压力，并将气体向上推入狭窄的通道。这个过程似乎是驱动该火山当前活动的引擎。
有趣的是，这项研究还观察了更广泛的区域，并发现了与已知断层线（包括造成附近2016年重大地震的断层）相吻合的低速带。这表明火山的管道系统与地球地壳中更广泛的构造裂缝相连。虽然这项研究并未声称已经彻底解开了阿苏山的谜团，但它提供了一张更清晰的浅层管道系统地图。作者建议，通过监测这个特定的储存区及其压力变化，我们或许能更好地预测未来的火山活动。他们甚至提到，一个新的监测实验正在启动，旨在利用他们刚刚发现的结构线索，更密切地观察火山的“心跳”。
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