GEOMAR 研究人員利用三維地震學重建了歷史上的火山爆發，現代成像技術揭示了1650年科倫坡水下火山爆發是由火山爆發後的山體滑坡引起的，他們的發現有助於推進海底火山活動監測的能力。

1650 年愛琴海科倫坡海底火山爆發引發了歷史目擊者描述的毀滅性海嘯。基爾亥姆霍茲海洋研究中心（GEOMAR Helmholtz Centre for Ocean Research Kiel）的延斯-卡斯滕斯博士（Dr. Jens Karstens）領導的一組研究人員利用現代成像技術勘測了科倫坡水下火山口，並重建了歷史事件。他們發現，根據目擊者的描述，這場天災只能用山崩和爆炸性噴發結合來描述。他們的研究結果於10 月26 日發表在《自然-通訊》雜誌。

觀察和調查

從希臘聖托里尼島可以看到，火山爆發已有數週之久。1650 年夏末，人們報告說海水的顏色發生了變化，水在沸騰。在聖托里尼島東北方約七公里處，一座水下火山從海面上升起，並開始噴射出發光的岩石。人們可以看到火光和閃電，濃煙遮蔽了天空。隨後，海水突然退去，片刻之後又湧向海岸線，掀起高達20 公尺的巨浪。100 多公里外傳來一聲巨響，浮石和火山灰落在周圍的島嶼上，致命的毒氣雲奪去了數條人命。

如今聖托里尼火山口風景如畫。圖片來源：Jonas Preine

基爾亥姆霍茲海洋研究中心（GEOMAR Helmholtz Centre for Ocean Research Kiel）海洋地球物理學家延斯-卡斯滕斯博士（Jens Karstens）說：”我們之所以知道科倫坡歷史性噴發的這些細節，是因為有一位法國火山學家在19 世紀彙編並發表的當代報告。”

但是，這些毀滅性事件是如何發生的呢？為了弄清楚這個問題，他和他的德國及希臘同事於2019 年前往希臘愛琴海，利用特殊技術對火山口進行研究。卡斯滕斯說：”我們想了解當時海嘯是如何產生的，以及火山為何會發生如此劇烈的爆炸。”

在兩扇拖網門之間，有一個信號源和15 條測量電纜（流線）被拖到研究船後面： 這種特殊技術用於繪製科倫坡火山的三維圖像，目前科倫坡火山位於水面以下18 米到500 公尺之間。圖片來源：Thies Bartels

科學分析和未來監測

在現已退役的”海神號”（POSEIDON）科考船上，研究小組使用三維地震方法繪製了火山口的三維圖像，該火山口現在位於水面下18 公尺處。

研究的共同作者加雷斯-克拉奇利博士（Dr. Gareth Crutchley）：「這讓我們能夠看到火山內部的情況」。三維成像不僅顯示火山口直徑為2.5 公里，深500 米，顯示這是一次真正的大爆炸，而且地震剖面還顯示火山錐的一側已經嚴重變形。

克拉奇利介紹說：「火山的這一部分肯定已經滑落。」研究人員隨後採取了偵探的方法，將可能引發海嘯的各種機制與歷史目擊者的描述進行了比較。他們得出結論，只有山體滑坡和火山爆炸的組合才能解釋海嘯的發生。他們的研究結果發表在《自然-通訊》（Nature Communications）雜誌。

這些地震剖面顯示了記錄火山口歷史的地質結構。資料來源：卡斯滕斯等人，2023 年

透過將三維地震學與電腦模擬結合，研究人員能夠重建如果僅由爆炸產生的波浪會有多高。

卡斯滕斯”根據這一點，預計在一個特定地點會出現6 米高的海浪，但我們從目擊者的報告中得知，那裡的海浪有20 米高”。

此外，據說海水首先在另一處退去，但在電腦模擬中，波峰首先到達海岸。因此，爆炸本身並不能解釋海嘯事件。然而，當把山崩納入模擬時，數據與歷史觀測結果一致。

延斯-卡斯滕斯解釋說：”科倫坡部分由浮石組成，山坡非常陡峭。它不是很穩定。在持續數週的噴發過程中，熔岩不斷噴出。在含有大量氣體的岩漿室下面，存在著巨大的壓力。當火山的一個側翼滑落時，效果就像打開了香檳酒的瓶塞：壓力的突然釋放使得岩漿系統中的氣體膨脹，導致了巨大的爆炸」。

類似的情況也可能發生在2022 年洪加湯加海底火山的噴發過程中，其火山口的形狀與科倫坡火山口相似。

現已退役的波塞冬號考察船的倒數第二次考察前往希臘愛琴海，德國和希臘科學家在那裡調查了1650 年噴發的科倫坡海底火山。圖片來源：Paraskevi Nomikou

這項研究為制定海底活火山活動監測計劃提供了寶貴的信息，例如由雅典國立和卡波迪斯特里亞大學（NKUA）的帕拉斯凱維-諾米庫（Paraskevi Nomikou）教授博士共同領導的”SANTORY”計劃。延斯-卡斯滕斯說：”我們希望能夠利用我們的成果開發出監測火山動蕩的新方法，甚至可能是一個實時收集數據的預警系統，這將是我的夢想。”