意大利埃特納火山的歷史噴發記錄顯示，同一座火山可以通過截然不同的地下通道發生噴發，顛覆了地質學界對火山內部“管道系統”一貫穩定性的傳統認識。來自美國康奈爾大學牽頭的一項最新研究通過重建埃特納火山兩次大型噴發的地下巖漿活動過程，發現其內部“管道系統”在不同歷史時期由完全不同的機制驅動，這一成果有望為未來火山噴發風險評估提供更為精細的技術手段。

研究團隊指出，火山內部的“管道系統”往往在地下深處延伸并形成高度復雜的網絡，即便是同一火山，其巖漿在不同噴發事件中也可能沿著截然不同的路徑上升并釋放壓力。此次由康奈爾大學地球與大氣科學系查爾斯·N·梅洛斯講席教授埃斯特班·加澤爾（Esteban Gazel）領銜的合作項目，選擇結構相對“簡單”、以揮發分為主導的埃特納火山作為對象，系統分析了這座火山過往兩次代表性爆發事件的巖漿晶體樣本。

研究成果發表在期刊《地球化學、地球物理、地球系統》（Geochemistry， Geophysics， Geosystems），論文第一作者為前康奈爾大學博士后研究員馬克西姆·加夫里連科（Maxim Gavrilenko）。加澤爾長期關注火山噴發機制，尤其是哪些因素會觸發劇烈的爆炸式噴發以及不同揮發性組分在這一過程中發揮的主導作用。

研究團隊強調，火山噴發是否呈現爆炸性，與巖漿黏度以及巖漿中所含揮發性氣體的數量與分布密切相關。加澤爾用碳酸飲料作比喻：如果打開沒有搖晃過的汽水瓶，只會平穩放氣；而劇烈搖晃后再開瓶，瓶中氣泡迅速分離并膨脹，造成猛烈噴涌，火山的噴發過程在一定程度上與此類似。

水和二氧化碳是火山巖漿中最重要的兩類揮發性組分，地質學界長期將水視為主導火山爆發行為的關鍵揮發物。然而，加澤爾課題組在2023年的研究中提出，二氧化碳同樣可以直接觸發爆炸式噴發，這一結論源自他們使用拉曼光譜技術分析巖漿晶體中微小氣泡的全新方法。

通過拉曼光譜，研究人員能夠測量巖漿中晶體包裹體內微米級氣泡的二氧化碳密度，這些氣泡的厚度只有人類頭發的百分之一到十分之一左右。加夫里連科介紹說，在獲得二氧化碳密度之后，團隊借助狀態方程將其轉換為壓力，再由壓力推算巖漿所在的深度，從而以前所未有的精度重建火山內部管道系統的三維結構。

在本次研究中，團隊將這一技術應用于埃特納火山的兩次重要噴發事件，結果表明：同一火山在不同歷史時期可以通過完全不同的“通道”釋放巖漿和氣體。其中一場發生于公元前122年的噴發規模極大，巖漿成分屬于鎂鐵質低黏度類別，噴發類型則被歸類為“普林尼式”——這是以公元79年維蘇威火山噴發的記載者老普林尼命名的最為劇烈的噴發等級。

為獲得高質量樣本，研究合作者特里·普蘭克（Terry Plank）和布魯斯·霍頓（Bruce Houghton）曾深入埃特納火山野外開展系統采樣，并對巖漿晶體進行序列分析和精細測量。數據表明，在公元前122年這次事件中，巖漿最初從約22千米深處緩慢上升，在距離地表2至5千米的淺層停滯了數周，期間逐漸失去部分氣體，最終才觸發噴發。

團隊隨后將新數據與另一場更早的噴發——約4000年前的“秋季層狀噴發事件”（Fall Stratified event）樣本進行對比。結果顯示，后者的巖漿上升過程截然不同：巖漿從約24至30千米的更深地幔層位迅速涌向地表，僅在數小時內完成上升并噴發，其主要驅動力來自巖漿中顯著更高濃度的二氧化碳。

加澤爾指出，不同火山在揮發性組分構成上存在明顯差異：有些位于洋島的火山以高濃度二氧化碳為主導，而俯沖帶火山則更受水含量控制。埃特納火山屬于少數幾類水與二氧化碣兩種揮發物“競爭主導權”的特殊火山，研究結果顯示，當二氧化碳濃度超過某一閾值時，噴發會從更深處迅速啟動并在短時間內爆發；而當水的影響更強時，噴發過程則主要受淺層結構控制，巖漿會在近地表停滯、脫氣后再噴發。

目前，加澤爾團隊正將同樣的方法推廣應用于智利、夏威夷等地區的多座火山，希望構建更廣泛的火山內部管道精細模型。他表示，理想狀態下，這種分析應該在全球每一座火山上開展，因為這些基礎數據對于建立噴發物理模型和完善火山災害風險評估體系至關重要。

除了科學價值之外，埃特納火山在文化層面同樣引人注目，它在古希臘神話中被視為巨人提豐（Typhon）和恩克拉多斯（Enceladus）的埋葬之地。加澤爾形象地將兩次噴發的地下管道系統分別比作這兩位神話巨人：公元前122年的普林尼式噴發對應一條細長蜿蜒的“提豐式”管道，而較老的那次事件則類似體量較小的“恩克拉多斯式”結構，他坦言在埃特納工作很難不被這里的歷史、古典文化與當地美食所吸引。

據悉，這項“埃特納火山公元前122年鎂鐵質普林尼式噴發的深源起始與淺層發射機制”（Deep Origin and Shallow Launch for the Etna 122 B.C. Mafic Plinian Eruption）研究由美國國家科學基金會資助。論文于2026年6月2日正式發表，并給出了詳細的理論模型和觀測數據，為未來全球火山噴發機理研究和風險評估提供關鍵參考。