我们像是大自然的哨兵，
监视中国主要活动火山的一举一动。
许建东 · 中国地震局地质研究所研究员
格致论道第93期 | 2023年4月8日 北京
大家好，我是许建东，来自中国地震局地质研究所。我们所研究的是活动构造和现代动力作用，换句话说，我们的研究对象是地震和火山，这也是国家赋予中国地震局的主要工作职能。
说起地震大家可能都很清楚，因为中国是一个地震多发国家，历史上发生过一些大地震。但说起火山，可能大家的感知就比较少了，好像在中国一直没有感觉到过火山的存在。
那么我是怎么进入火山研究这个小众的学科呢？这还要从中学谈起。
误打误撞进了火山这座“坑”
其实上中学的时候我也不了解火山，只是一直是对物理感兴趣。1979年，我在山西参加了高考，考得还行，物理居然还考了个满分。但是当年北大物理系在山西只招一个，很可惜那个人不是我。但是有不少的调剂机会，比如生物物理、地质力学等。
那时候中学的学科比较少，除了数理化，好像什么都没学过，但对于地质力学，我当时很有印象。这得益于徐迟的报告文学《地质之光》，它全面地介绍了中国著名的地质学家李四光的生平事迹，特别是李四光利用他的地质力学理论在中国找到了大油田，让我特别感动，也很崇拜，所以我就选择了地质力学专业。
但后来到了北大我才发现，这个地质力学跟力学没啥关系，实际上就是地质系，但这就是我成为地质佬的开始。
博士毕业后，我到了中国地震局地质研究所。最开始我也不是研究火山，而是先研究了10多年的地震构造。
▲ 夏威夷火山现场
直到有一次，命运给了我重新做选择的机会。那会儿我或者去做管理，或者就到地震局的火山中心继续做业务。因为我不是特别善于管人，所以我就选择到火山中心，进入火山这个“坑”，管起了全国的火山。
中国有活火山吗？
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火山学科虽然小，但是火山喷发是自然界中最有魅力的一种地质现象，同时火山活动也是生命的起源。没有火山喷发，地球上就不会有生命存在。
另外，火山在喷发过程中也会伴随各种各样的地质灾害，比如说爆炸式的火山喷发。它就像原子弹爆炸一样，会产生巨大的蘑菇云，这叫火山灰，遮天盖日。
▲ 毁灭小镇的夏威夷火山熔岩流
溢流式喷发是喷发产生的熔岩流，也会以势均不可挡的气势掩埋一个小镇。火山熔岩流经过的地方寸草不生。
据统计，全球每年都有50-100次的火山喷发，但是为什么我们感觉不到呢？
所以我们经常碰到的一个问题就是，中国有活火山吗？
要回答这个问题，我们先回到20世纪90年代。在1990年，美国联邦地质调查局编了一张全球的活动火山分布图，这张图里的红点就代表着全球活动火山的位置。我们看中国这一块就有点不可思议，这么大的国土面积，几乎就是一纸空白。
实际情况是，中国在上世纪90年代之前没有开展过真正意义上的活动火山研究。所以中国有没有活火山，那会儿不仅外国学者不知道，中国的学者也不是很清楚。
▲ 左： 大同火山
右： 涠洲岛
那么喜爱地球科学的同学会有疑问，中国不是有很多火山吗？我们能看到好多火山遗迹、火山地形，怎么就没有活火山呢？
▲ 正在喷发的：夏威夷
这就要先谈谈什么是活火山。活火山主要有两类，第一类就是现在正在喷发的火山，叫现代火山，典型代表就是夏威夷。在夏威夷大岛，火山熔岩流几乎是每时每刻都在流淌。
▲ 史料记载：五大连池（康熙五十九年，1720年）
第二类活火山它现今没有喷发活动，但在人类历史上，或者在地质历史上的最后一个时期即全新世，也就是1.2万年以来，它有过喷发活动。这类火山我们把它归为休眠的活火山，它有再次喷发的危险。
▲ 地质历史记载：腾冲
中国虽然没有现代喷发的火山，但是我们可以肯定中国存在着很多休眠的活火山，而且时机成熟的时候就会喷发。
给中国火山做普查
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从上个世纪90年代开始，中国就启动了全国范围内大规模的活火山普查工作。
我们首先要回答一个问题，中国最近的一次火山喷发是什么时候。这个时间可能比大家想象的要近一些。
它可能是1951年喷发的新疆西昆仑山阿什库勒盆地的阿什库勒火山群，消息来源是《新疆日报》。在解放初期的青藏高原无人区，有驻路部队在修路过程中目睹了火山的喷发，把这个消息带到了山下。一个多月以后的《新疆日报》就做了报道。
但对于地质学家，这仅仅是个传说，这次喷发一直没有得到实证。因为这个地区的工作条件特别恶劣，所以相应的研究比较少，仅仅是在上世纪60年代前后，苏联曾派一个科考小分队进行了考察，但是他们也没有发现这次喷发的火山喷发物。所以最新的喷发是不是这一次，在学术界也有一些争议。
因此，当中国的火山普查工作开始后，我们的重点就放在寻找中国最新活动过的火山，也就是阿什库勒火山。
▲ 阿什库勒盆地火山链
在2010年，我们组织了阿什库勒科考工作队，走进了西昆仑的无人区的阿什库勒火山。它在西昆仑的阿什库勒盆地，那个地方海拔特别高，平均在5000米以上。所以阿什库勒火山群也是地球上海拔最高的火山群之一。
这个地方属于无人区，野外条件特别艰苦，气候多变。刚刚还是风和日丽，转眼就是大雪纷纷。我们的科考营地睡觉前还好好的，一觉醒来就变成这个样子了。
我们在无人区考察过程中还碰到了各种意想不到的风险。比如说在穿越克里雅河上游的时候，我们的车就被卡在了河流中间。右图中坐在引擎盖上等待救援的就是我。水位越来越高，已经淹没掉座位了。当时对面就是救援车，但是我们距离太远了，救援绳索也递不过来。在这种情况下，我们另外一辆车，就是左图中间那个吉普车，它又冲到河里头，搭了一个人工桥梁，把这个绳索递给我们，才脱离危险。这种意外的事件，在科考过程中是经常遇到的。
另外我们也遇到过直升机的空中救援。在一次青藏高原科考过程中，我们的一位队员发生了严重的高原反应。当时他病情急剧恶化，如果不送到山下及时救助，可能就会有生命危险。
我们就面临着两难。如果求救的话，可能就意味着科考活动的停止。从安全角度考虑，我们最终还是向新疆维吾尔自治区人民政府发出了求救。第二天，新疆军区就派了直升机把他接下去了，这位队员最后也康复了。但我们只能下一年重振旗鼓，再次进入。
青藏高原无人区的条件是非常艰苦的。首先是高山反应。看左图我们车后边的这个火山，看上去也就200多米高。如果在平原，我们20分钟爬上去没问题。但在那个地方两个小时都上不去，我们走一会儿就要歇一会儿恢复体力。
我们最终来到了传说中的1951年喷发过的阿什火山，开展了详细的野外地质考察，测量、采集样品，发现了很多新近喷发的各种证据。采集的样品经过室内分析测试，找到了现代的熔岩流，这为1951年的火山喷发增加了新的科学证据，也证明了中国最新的火山喷发就在这里。
青藏高原阿什库勒火山区探险仅仅是我们全国活动火山普查中的一个缩影。实际上这30年我们是哪里有火山，就到哪里去。我们踏遍了祖国的山山水水，试图去寻找每一座火山的遗迹，去探索每一座火山背后的喷发秘密。
▲ 中国全新世活动火山分布
我们的调查也取得了很好的成果。到目前为止，我们已经在全国范围内发现了以长白山天池火山为代表的14座全新世以来有过活动的火山，基本上摸清楚了中国活动火山的家底。
同时我们的火山考察也产生了很多科研成果。比如在2000年我们出版了中文版的《中国活动火山》专辑。在2021年我们还在英国伦敦出版了英文版的《中国活动火山》专著，向全社会和学术界全方位地介绍了我们中国活动火山研究取得的成果。这在国际上引起了很大的反响，也提高了中国在国际火山领域里的影响力和学术地位。
火山调查目的是防灾减灾，这是地震局的任务。所以在调查同时，我们也建设了以长白山火山为代表的由6个火山站组成的全国火山监测台网，并开始了系统的连续的火山监测工作。
重点监控对象：长白山火山
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下一个问题是，在这些中国活火山中，哪一个最值得关注呢？
答案是长白山。因为长白山是地质历史上有过喷发规模最大，灾害程度最高的火山之一。发生在公元946年的那次喷发，被称之为“千年大喷发”，也被认为是人类历史上2000年以来最大规模的一次喷发。
它产生的火山灰，向东扩散一直到了格陵兰岛。最新研究在格陵兰冰芯里头还找到了长白山天池火山千年大喷发的火山灰，说明千年大喷发的灾害效应是全球性的。而且那次喷发的规模达到了喷发指数6以上，已经接近超级火山喷发的规模了。
▲ 左： 定宗元年 “高丽史” 家谱卷第二部记录的公元 946 年大喷发
右： 《中国最危险的火山是在活动还是在等待时机？ 》 Science ， 2010
这次喷发在朝鲜和日本的史料中都有记载。美国《科学》杂志在2010年也发表了长白山天池火山活动情况的报道。
那么，长白山火山下次喷发是什么时候呢？这就需要我们对它开展详细的火山监测。
火山监测的核心，就是监测岩浆房的岩浆活动状态。因为休眠的活火山地下都有一个活跃的岩浆系统，岩浆房里头的岩浆开始上升，就意味着火山的喷发将要开始。那么，岩浆在上升过程中会产生哪些物理现象，或者说有哪些信号可作为火山喷发的前兆呢？
▲ 如何监测一座火山
首先，岩浆上升会使围岩产生破裂，这会以地震的形式表现出来。所以我们火山监测就要做地震监测，看火山下方地震活动的变化。
第二，岩浆上升会对整个火山产生一个隆升作用，在地表的表现方式就是形变，可以是水平形变、垂直形变，也可以是地倾斜的变化。
第三，一般岩浆上部都有很多挥发性的物质即气体，在岩浆上升到地表之前，气体往往会提前释放出来，这也可作为火山喷发预报的一种前兆性的指标。
我们在1999年建立了长白山火山监测站。目前它也是我国科技部的地球物理国家野外重点观测研究站。
▲地震台
针对长白山火山监测，我们建设了有14个地震台组成的地震监测台网。摆放在火山台站的这些地震仪就像是医生的听诊器，时时刻刻在监视着地下由岩浆活动引起的地震活动异常。
▲ 左：流动站数据回收
右：连续站巡检
在长白山做监测是比较辛苦的。因为长白山是东北的第一高峰，一年中大半年的时间都是冰雪覆盖。这种连续的观测台站巡检跟流动观测台站的数据回收，我们基本上都是在大雪中进行。
▲ 左：GPS观测点
中： 大地水准观测
右： GPS 流动观测
在长白山我们也开展了形变观测，比如说利用GPS系统去观测水平形变，利用大地水准测量去做垂直形变。这等于是给火山量身，通过形变的变化了解地下的岩浆状态。过去我们用的是美国的GPS全球定位系统，现在我国的科学技术也飞速发展，现在我们的形变观测中，中国的北斗GNSS系统已经取代了美国的GPS全球定位系统了。
▲ 左： 天池温泉气体采样
右：天池湖气体采样
在气体方面，我们会定期在长白山的温泉和天池湖里头采集火山气体样品进行化验，也是想通过这种气体成分的变化捕捉到地下的岩浆活动的信息。
长白山的火山监测实际就是我们全国火山监测的一个缩影。全国6个火山监测站的工作人员就常年坚守在火山第一线。我们像是大自然的哨兵，监视中国主要活动火山的一举一动。
▲ 左：地震位置
中：GPS形变
右：火山气体
在长白山，我们也成功地监测到2002-2006年发生的岩浆异常活动。当时地震活动的强度突然增加了两个量级，并且持续了5年。我们非常紧张，因为在同一时间，形变观测也监测到了整个山体在隆升，而且很多气体的地球化学指标都有急剧的升高。这等于是长白山深深地呼了一口气，但是好在它没有喷发。
这次岩浆异常活动，我们也以科研成果的形式在专业期刊发表。当时也在国际上引起了比较大的震动。美国《EOS》杂志报道说：“中国的火山苏醒了，是不是要喷发了？”
把中国火 山交给我们，大家尽管放心
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我们经过了20多年的连续观测，那目前的中国火山是个什么样的活动状态呢？
如果将火山喷发的危险作为一个指标，可把喷发危险性分成7个级别，它分别对应着3个不同的岩浆活动阶段。早期的岩浆补给，此时火山处于休眠。然后中期的火山通道形成，这就是岩浆扰动，到最后的火山喷发。
如果从这个角度出发，目前我国的火山还都处于休眠状态。相对最活跃的长白山火山，目前也处于岩浆补给的后期。
那么它会不会继续上升，进入下一个更加活跃的阶段呢？这还需要我们的继续观测。但也请大家不要过分担心，因为长白山火山一旦有异常活动的现象，中国地震局也会在第一时间内启动火山应急预案，派工作队到现场开展强化的跟踪监测，为地方政府的火山应急提供科学的帮助。所以东北的小伙伴们也不用担心，把长白山火山交给我们，大家尽管放心。
中国没有太多的近代火山喷发，但很多同学们对火山还是很好奇的，经常会有疑问，比如中国有活火山吗？邻居日本经常有火山喷发，对中国有什么影响吗？汤加火山喷发了，是不是2022年的夏天就不存在了呢？
很多好奇其实都超过了我的想象，所以我也在B站开了一个帐号，成了一个小小的UP主，尽管现在粉丝还不是很多。我也做了一些科普视频，还跟新华社、中国地震学会共同做了一些产品，也得到了大家的关注。希望大家能够继续关注我，这也是我继续做下去的动力。
其实作为一名火山研究者，可能我这辈子也赶不上火山喷发，因为中国的火山都还处于休眠状态。休眠的火山往往是有生命周期的，这个火山周期短则几百年、几千年，长则几万年、几十万年。这种生命周期相对于地球的生命历史来说，也许只是短短的一刹那，但对我们人类来说，这是非常长的时间。
所以我们中国的火山研究要有长期作战的准备，也需要不断有一代一代对科学、对火山感兴趣的年轻学者加入我们，为中国火山的事业添一块砖，加一片瓦。
我相信在将来的那一天，长白山火山出现异常活动的时候，我们一定能够在第一时间内做出及时的、科学的火山喷发预报和火山预警，为我们的政府、尤其是为我们火山地区的老百姓交上一份满意的答卷。
谢谢大家！
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