海底火山喷发可以事先预测吗？

1月14日汤加洪阿哈阿帕伊岛海底火山发生剧烈喷发，其引发的海啸已造成6人死亡。汤加约84%的人口受到火山灰和海啸的影响。火山喷发给这个南太平洋岛国造成了巨大的灾难。

作为一种地质现象，火山喷发本是常事，但由于火山喷发可能会导致毁灭性的后果，造成人员伤亡和财产损失，甚至还会引发海啸等灾害，所以目前世界各国都非常重视火山喷发的预测工作。

声呐技术用于预测

在陆地上，科学家们可以在火山地表及大气层中持续监测火山活动过程。 而海底火山岩浆大部分隐藏在海平面几千米以下，且脾气反复无常。传统的卫星观测技术只能在火山喷发出海面时才能发现，为时已晚。

水下声呐技术是通过在海底布放声呐设备，相当于“耳朵”，监测岩浆活动所产生的次声波数据来预测海底火山的喷发。但是想要成功预测，则需要研究火山喷发与喷发前岩浆活动所产生的次声波信号的关联。火山喷发是地下岩浆短时间内向地表强烈喷溢的地质现象，是地球内部能量快速释放形式之一。

地下岩浆向地表运移而产生岩石破裂或颠动往往可能引发一系列中小地震。科学家研究发现在海底火山喷发前几个小时会监测到数千个中小地震信号，同时火山喷发初期产生的熔岩和水发生了剧烈的反应，会产生“咕噜咕噜”的声音。声呐设备一旦监测到这些信号能量突然的增加，通过信号分析技术就可以实现海底火山喷发的短期预警。2011年，科学家们在美国俄勒冈州附近的Axial Seamount海底火山喷发前的2.6小时监测到信号能量突然的飙升，证明了短期预警的可能性。

至于海底火山喷发的长期预测，却一直没有特别有效的方法。因为海底火山已存在了数百年甚至数万年，并可能长期处于休眠状态，在如此漫长的时间轴上，很难区分数天和数年产生信号的差距。目前，有科学家收集了几年内岩浆不断侵入引发海底火山膨胀的资料，用于火山喷发的长期预测。但是如何保证长期预测的准确性让科学家们研究起来非常头疼。

水声通信技术用于海底传输

海底火山预警的信息如何从海底传送到陆地上则是另外一个技术问题。由于水下电缆、光缆布设困难、成本高昂、易被破坏，使得水下有线通信的应用受到非常大的限制。同时，由于电磁波在水下衰减严重，所以无法在深水中传输。我们日常用的手机是无法在水下进行通信的，因此需要用声波作为传输媒介，建立水声通信系统。水声通信系统工作原理是首先将文字、语音和图像等信息经过编码、调制后，由声学换能器将电信号转换为声信号。声信号通过水这一介质，将信息传递到接收换能器。这时声信号又转换为电信号，经过放大滤波和解调后，将信息还原成文字、语音和图像。但是声波在水下具有带宽窄、传输速度慢、时空频变和干扰多等问题，使得水声通信面临很多挑战。

不过，经过科学家们大量的研究探索，水声通信技术水平已经取得了长足的进步。我国“蛟龙”号在7000米深的海底通过水声通信系统与在太空的“天宫一号”航天员实现了海天对话。这也是在国际上的一次创举。水声通信网络和高速的水声通信系统应该是未来水声通信技术的发展趋势。

最后，在海底设备的安装布放、供电以及维修等都比在陆地上困难许多，使得海底火山监测预警系统面临诸多挑战。真正实现海底火山喷发的预警，人类社会依旧任重道远。一方面亟需资金支持，同时也需要更多的科学家和足够的设备来支撑研究工作。近年来新兴的人工智能、机器学习等方法为我们提供了一个新的切入点，但是距离海底火山喷发的长期预测还有很长一段路要走。尽管如此，海底火山的长期预测仍然是一个值得全人类共同努力的目标。目前需要耐心，拭目以待。