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火山:診斷火山的氣息–火山噴氣

98/05/07 瀏覽次數 15465
當大家在享受陽明山國家公園特殊的火山地質景觀和溫泉時,可曾想過這個大屯火山群是否會再度噴發?事實上,火山學家比大家更關心這個可能性,因為若是它再度活動,臺北盆地可能如龐貝城般被熾熱的火山灰覆蓋,造成嚴重的危害。

大屯火山群位於環太平洋的地震帶,現今仍可觀察到十分活躍的地熱活動。已知的定年資料顯示,大屯火山最後一次噴發在距今約 10 萬年前,依傳統定義可歸類為休眠火山。但學者由近年臺北盆地的鑽井,陸續發現了許多可能源自大屯火山群更晚期噴發的火山灰,值得人口稠密的大臺北都會區,對未來可能發生噴發事件保持高度的警戒。

火山噴氣與溫泉水成分的變化和火山活動有重大關聯。國外許多研究都指出在火山大規模噴發前,逸出的氣體成分會有明顯的變化,因此常用來做為監測火山活動最有效的方法之一。各地火山活動的噴氣,有不同的成分和特性,因此了解一個地區噴氣的來源和成分變化,是長期監測火山活動的重要工作。

某地區發生火山噴發有兩大前提:一是地下有岩漿庫;二是地表有適當的通道讓岩漿上升至地表。目前大屯山地區主要的地熱活動都是沿著金山斷層分布,雖然我們對於金山斷層的認識還不夠透澈,但是可以肯定的是地下若有岩漿庫,金山斷層沿線會是一個岩漿上升至地表的主要通道。因此要進一步探討大屯火山群再噴發的可能性,須看看大屯火山群之下是否仍有岩漿庫。

如何偵測岩漿庫

偵測地下是否有岩漿庫,一直是科學家努力的課題之一。我們可以從岩漿的一些特性,來探討大屯火山底下是否仍有岩漿庫:(1)岩漿在上升過程中,常會對周圍地層造成擠壓而發生地震;(2)岩漿上升至噴出地表之前,須有足夠的地下空間容納,因此地表常會膨脹變形;(3)岩漿是一種高溫的液體,比周圍岩層的溫度高出許多。因此有岩漿庫的地方,它的上方地表的溫度也較外圍高,常有噴氣或較高溫的溫泉。

國內學者對大屯山地區的火山活動已經進行多年的地震和地表變形監測,所得結果表明這幾年大屯山地區並無明顯的地表變形和強震。但是大屯火山群深部卻有持續密集的微震,尤其集中在七星山底下,這現象已經引起學者們的密切注意。

大屯火山群的溫泉和噴氣口密布,大多的噴氣和溫泉水已接近沸騰溫度,顯示大屯火山群的熱流量確實相當高。這些噴氣和溫泉水是否有明顯來自岩漿的成分呢?

一般來說,溫泉水和火山噴氣主要源於當地的地下水,因此噴氣的成分以水蒸氣和二氧化碳為主,當然也含有可能源自於岩漿的二氧化硫、硫化氫、氫氣、甲烷及一些微量氣體(如氦氣、氬氣等)。科學家們便利用這些源於岩漿的氣體成分變化,來監測火山的活動性。若是火山噴氣中這些氣體的含量突然增加,表示地下有新的岩漿補充,可能會有火山活動而需密切監測。

氣體成分和來源

在經濟部中央地質調查所、陽明山國家公園管理處和國科會的委託下,研究人員針對大屯火山群的火山噴氣活動展開有系統的連續觀測。希望能藉由測量氣體中的主要成分和氦同位素比值,監測台灣北部大屯火山群底下岩漿庫可能的活動情形。

測量結果顯示火山噴氣主要以水氣為主(>90%);水氣以外的氣體則以二氧化碳為主(89 ~ 99%),其次是硫化物(H2S 為主),氮氣和甲烷又次之。和國外活火山的噴氣成分比較,本地區火山氣體組成屬低溫的類型。

由於大氣、地殼、地函物質中的氦同位素 3He/4He 比值差異極大,且在空氣中的氦氣濃度低、溶解度也極低,又不易和其他物質產生化學反應,因此氦同位素比值最能直接反應地函的岩漿在噴氣中的訊號。國外許多地區已經利用這種分析技術探討活火山的岩漿活動性。最近臺灣大學地質學系利用精密的氦同位素質譜儀分析技術,可以精確地分辨出氦氣是否來自地函岩漿。

大屯火山群噴氣的氦同位素比值的分析結果顯示,這些火山噴氣明顯有深部地函源的氦氣成分,其中大油坑的噴氣含有最高的氦同位素組成,地熱谷的噴氣則有最低比值。根據估算,大屯火山群的噴氣平均有大於 75% 源自於地下的岩漿,其中大油坑的噴氣甚至有高達 98% 以上是來自於岩漿,顯示大屯火山群底下非常可能有岩漿庫。

由大屯火山地區噴氣氦同位素的連續監測結果,可以發現同一時間內所採的樣品,大抵上都是大油坑具有最高的氦同位素比值。而各地點的變化情形相當一致,即某處的氦同位素比值增加時,其他各點的比值也增加,表示它們有共同的岩漿噴氣來源,而有一致性的氦同位素比值增加情形。各監測點的氦同位素值似乎沒有隨著時間而有顯著的變化,表示這幾年來大屯火山地區的噴氣系統相當穩定。

火山學者常利用火山氣體中的氦同位素比值判斷可能岩漿源的位置,距離火山口越近,它的氦同位素比值越高,距離越遠則越低。由現有分析結果發現,大屯火山群主要火山噴氣的氦同位素成分呈現有系統的變化,位於七星山附近的大油坑噴氣成分具有最高的岩漿比率,且逐漸往西南角的地熱谷和東北方的大埔溫泉減低。假設大屯火山群底下只有一個共同的岩漿庫,它釋放的氣體會循著最有可能的裂隙(主要是金山斷層)噴發至地表。以目前的資料看來,該岩漿庫最可能的位置應當是在大油坑附近的地下。

以前一般「相信」大屯火山群已休眠了近 10 萬年,應該不會再「甦醒」噴發。但是綜合最近許多新的資料來看,大屯火山群可能有更年輕的噴發活動,地下很可能仍有岩漿庫。當然,透過長期持續且嚴密的監測後,才能對它的活動性有明確的結論,大家不必因此造成恐慌。對大屯火山群的活動性進一步深入研究和保持密切注意,提供正確的大眾教育和適當的因應之道,應是努力的方向。
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