火山监测和喷发预测依赖于多学科观测数据的整合。然而，由于数据采集速度的差异，将地球物理和地球化学信号结合起来推断岩浆过程仍然非常困难。例如，火山震颤——伴随喷发发生的持续性微小地震和声波信号——是一个关键的地球物理监测指标，但其产生机制因涉及不同成分岩浆流体与喷发管道的相互作用而不清楚。
经过50年的沉寂后，塔霍盖特火山锥（Tajogaite cone）（位于西班牙西部La Palma, Canary Islands的Cumbre Vieja 火山）于2021年喷发，对当地造成了毁灭性灾害，但也为联合地球物理学和岩石学监测提供了一个绝佳的机会。在85天的喷发期间，产生了广泛分布的熔岩流和密集的火山灰降落。由于现场的良好可达性，研究者（Longpré et al., 2025）几乎能够每天进行火山灰采样（这些样品覆盖了喷发持续时间的94%）,最终获得了火山灰玻璃的化学成分时间序列。创新性地比较火山喷发岩浆成分与地震监测数据，为理解喷发期间火山下方岩浆动态过程提供了宝贵的多学科耦合观测资料。
火山灰记录揭示了塔霍盖特喷发期间熔体化学成分的系统性变化。喷发的第一周，熔体的二氧化硅含量较高，之后逐渐下降，直到喷发结束前两周出现急剧的趋势反转（见图1a）。这些成分变化表明，源自地幔和浅部地壳的岩浆供应发生了变化。最初，重新活化、更富硅和黏性较高的浅部地壳岩浆占主导地位，随后逐渐开始抽取更加原始（硅含量较低）、低黏性的地幔岩浆。熔体硅含量趋势的反转可能标志着地幔岩浆供应的终止。研究者将这种反转解释为喷发结束的前兆。
与火山喷发同期的震颤具有双峰式深度（地幔和地壳深度）。而地壳的地震群集通常与熔体化学成分的变化一致，表明来自深处的岩浆供给脉冲上升到地壳浅部并最终喷发。值得注意的是，熔体的二氧化硅含量与火山震颤振幅之间存在显著的正相关（见图1a）。研究者推测，熔体的二氧化硅含量控制了岩浆中上升气泡的动力学。含硅量和黏度较高的熔体会导致泡沫上升速度较慢，泡沫上升和爆裂时的压力更高，岩浆的可压缩性更低，从而导致浅部喷发管道中的压力变化较大，引发高振幅的震颤事件（见图1b）。
近年来对于火山喷发机制的研究揭示出深部岩浆快速运移对于浅部岩浆房喷发的驱动效应 (Burgisser and Bergantz, 2011; Druitt et al., 2012; Liu and Lee, 2021; Liu et al., 2024)。利用高时空分辨率观测数据研究地震与火山动态精细过程（Chalumeau et al., 2024; Li et al., 2024; Sigmundsson et al., 2024）已成为固体地球科学新的研究范式。Longpré et al. (2025)的研究表明获得高时间分辨率的喷发岩浆成分，并与地球物理数据整合，有助于理解火山喷发期间地下岩浆深浅动态过程，并为应对火山灾害提供新的思路。
图1 熔体的二氧化硅含量与火山震颤振幅之间的正相关（a）以及熔体成分控制震颤强度的可能机制（b）（Longpré et al., 2025）
主要参考文献
Burgisser A, Bergantz G W. A rapid mechanism to remobilize and homogenize highly crystalline magma bodies[J]. Nature, 2011, 471(7337): 212-215.
Chalumeau C, Agurto-Detzel H, Rietbrock A, et al. Seismological evidence for a multifault network at the subduction interface[J]. Nature, 2024, 628(8008): 558-562.
Druitt T H, Costa F, Deloule E, et al. Decadal to monthly timescales of magma transfer and reservoir growth at a caldera volcano[J]. Nature, 2012, 482(7383): 77-80.
Li S, Schulte‐Pelkum V, Barnhart W D, et al. Weak, vertically stronger main Himalayan Thrust in the India‐Asia collision[J]. Geophysical Research Letters, 2024, 51(16): e2024GL110222.
Liu B, Lee C T. Fast melt expulsion from crystal-rich mushes via induced anisotropic permeability[J]. Earth and Planetary Science Letters, 2021, 571: 117113.
Liu B, Qi C, Mitchell R N, et al. A model for melt‐preferred orientation and permeabilities in deformed partially molten peridotites[J]. Geochemistry, Geophysics, Geosystems, 2024, 25(8): e2024GC011588.
Longpré M A, Tramontano S, Pankhurst M J, et al. Shifting melt composition linked to volcanic tremor at Cumbre Vieja volcano[J]. Nature Geoscience, 2025: 1-9.（原文链接）
Sigmundsson F, Parks M, Geirsson H, et al. Fracturing and tectonic stress drive ultrarapid magma flow into dikes[J]. Science, 2024, 383(6688): 1228-1235.
（撰稿：刘博达，李绍阳/岩石圈演化学科中心）
