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“你可曾想過，當你在小島自我放逐時，有多大的機會親臨大型天災現場?”
有賴科技的發展，發生在現今的火山地質災害大多可以仰賴儀器去量測事件的影響範圍與規模大小。那麼發生在過去數千年、數萬年又或是數十萬年前的火山地質災害又該如何去評估其大小與發生頻率呢?而這些災害的大小與發生頻率是否會隨著時間而變化?如果是，那麼這些變化又是受到什麼因素的控制呢?
要回答這些問題前，可以先想像一下天災發生的場景。當一座火山島開始噴發或是其周圍山體崩塌時，這些事件所產生的沉積物應該”大多”都會往其周圍的陸地及海域傳輸，並堆積在火山島的海底斜坡以及鄰近的沉積盆地之中。也就是說，如果科學家可以評估在盆地之中每一次由災害所產生沉積物體積以及其堆積的年代，那麼這些古代火山災害事件的大小與發生頻率應該是可以被推測的。
在之前亞述爾中部火山群島的重力岩心研究中，Chang et al. (2021) 利用多面向的分析方法將保存在數個鄰近火山島的海洋盆地中的火山碎屑層進行分類(圖1)。43層的事件層可依照其沉積物不同的特徵(e.g., 沉積構造、火山成份、顆粒形貌等等)細分為三種不同的形成機制，分別為火山灰沉降(tephra fall)、火山碎屑流(pyroclastic flow)或二次沉積物流(secondary volcaniclastic flow)。前兩種火山碎屑沉積物的形成主要與火山事件直接相關，形成的沉積我們稱為原生火山碎屑岩(primary volcanic deposits)。 而第三種則是主要是由後期的非火山地質事件(e.g., 海底山崩)所形成，這些二次事件將已經堆積的原生火山碎屑物從原處搬離再堆積，最後形成二次的火山碎屑沉積物(secondary volcaniclastic deposits)。判釋原生及二次的火山碎屑沉積物有助於我們瞭解亞述爾火山群島的地質演化究竟是由何種地質事件(火山/非火山)所主導。
在這篇研究中，我們更進一步挑出了在(半)遠洋沉積物中的浮游性有孔蟲進行放射性碳14定年(C14 dating)，以追溯至過去5萬年的沉積歷史。利用簡易的年代-深度模型(age-depth model)，我們可以利用沉積物在海床底下的深度去推測其形成的年代(例: 第5cm的沉積物是在5500年前形成)。有了年代的資訊，最後必須確認事件層的體積大小(圖2)。我們先利用水深與震測地層剖面去判釋沉積盆地範圍 (沉積面積)、來源以及其厚度隨著距離的側向變化，再從岩心紀錄中獲取每一事件層的堆積厚度 (高)，最後透過體積公式計算出每一次災害事件的規模範圍(e.g., 最大與最小的可能)。分析的結果顯示，岩心中所被記錄到的事件大多是當地較大的災害事件(約10⁶–10⁸ m³)，而由較小事件所形成的沉積物似乎仍大量留在火山島坡體周圍並無或非常少量的被保存在沉積盆地之中。
而根據年代-深度模型的結果(圖3)，這些較大型的災害的發生周期約為數千年事件，但事件規模大小似乎並無與時間 (海水面高度) 有直接相關。我們接著討論沉積物的沉積速率、海底山崩的頻率以及火山噴發事件的頻率在過去5萬年以來的變化。我們在4根岩心的紀錄中皆發現單一及總體平均的背景沉積速率與海底山崩頻率都在近8千年以來達到最高(i.e., 此處指與 0.8–2萬與2–5萬年前兩個不同全球海水面狀態時相比)。火山噴發事件的總體平均頻率雖然也是逐漸上升的，但在單一岩心的紀錄中卻顯示多種不同的趨勢 (i.e., 持平、增加與減少)。對於這些發現，我們認為沉積速率與海底山崩頻率的變化與全球海水面高度變化有相關。較高的海水面有助於波浪對於海岸線/海崖的侵蝕作用也增加海洋生物的生產力(e.g., 珊瑚礁形成)進而增加沉積物的沉積通量。較厚且鬆散的沉積物堆積在陸棚也更容易在地震、火山或風暴活動發生時破壞沉積層的穩定性，進一步觸發海底崩塌事件。而火山活動不規則的頻率變化，則被認為無顯著的受到海水面高度升降影響並與底下的構造或岩漿庫活動更為相關 (此結果有別於Satow et al. (2021)於自然通訊期刊中指出火山活動頻率得上升與全球海平面下降有關)。關於火山活動是否與(氣候)海水面高度變化有關，在科學界中仍屬於懸而未決的一大問題，期待未來有更多優質的年代資料加入一併討論。
全文文章連結
Chang et al. (2023): Emplacement history of volcaniclastic turbidites around the central Azores volcanic islands: Frequencies of slope landslides and eruptions. https://doi.org/10.1130/GES02570.1
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https://www.researchgate.net/profile/Yu-Chun-Chang-4
參考文獻連結:
1. Chang et al. (2021): Volcaniclastic deposits and sedimentation processes around volcanic ocean islands: the central Azores. https://doi.org/10.1144/SP520-2021-62
2. Satow et al. (2021): Eruptive activity of the Santorini Volcano controlled by sea-level rise and fall. https://doi.org/10.1038/s41561-021-00783-4
