2021年埃特纳火山爆发性剧烈喷发的次声阵列数据集

倾听火山的低沉之声

当火山喷发时，除了承放出岩浆和火山灰外，它还会发出我们耳朵听不到的极低频声音。这些“次声”可以在空气中传播数英里，能在熔岩或灰烬出现很久之前揭示火山内部正在发生的情况。在这项研究中，科学家们公开了来自意大利埃特纳火山在一个异常活跃喷发年度期间的次声记录，提供了一份强有力的资源，有助于改进喷发预报并提高附近社区的安全性。

为何这些微弱隆隆声重要

埃特纳火山是世界上最活跃的火山之一，经常喷射出熔岩泉和火山灰云，可能扰乱空中交通并影响周边城镇。为进行监测，意大利的科学家运行着密集的仪器网络，测量地面震动、气体排放和地表形变。近几十年他们发现，次声——非常低频的声波——在发现喷发开始、跟踪喷发进程以及估算释放的灰烬和气体量方面尤其有用。问题在于，高质量的、公开可用的来自活火山的次声数据很少，使得全球研究人员难以检验新方法。

为埃特纳打造一个“耳朵”

为填补这一空白，研究团队在名为Monte Conca的小山上安装了一个特殊的“监听站”，距离埃特纳峰口大约六公里。团队没有使用单个麦克风，而是在一个中心点周围布置了六个次声传感器的阵列，有点类似环绕声系统中的麦克风。这样的设计使他们能够比较声波到达每个传感器的微小时间差，增强微弱信号并定位信号来源。这些为火山工作专门制造的传感器体积小、功耗低，可在宽频率范围内记录空气中微小的压力变化。

在恶劣山地条件下维持仪器运行

在积雪覆盖的高山上维护敏感电子设备并连续运行一年并非易事。每个传感器都放在一个定制的机箱内，形成一个微型生命维持系统。机箱防水并具有隔热功能，内含传感器、数字记录仪和一块大电池，顶部装有太阳能电池板以在冬季也供电。泡沫衬里和机械滤波器有助于屏蔽可能被误识为火山信号的阵风。这样的坚固设计使得阵列几乎连续运行从2021年5月到2022年4月，仅有少量维护间隙，以及一个因记录仪反复出现问题而表现不稳定的传感器。

详尽记录数十次喷发

在部署期间，埃特纳进入了一个特别活跃的阶段。从2020年底到2021年，火山发生了60多次强烈的爆发性喷发事件，称为剧烈喷发（paroxysms）——强烈的熔岩泉和有时高达10公里的灰柱。该阵列在2021年5月至10月间捕获了39次此类事件，以及来自多个火口的较安静的喷气排放和较小爆炸。通过将六个传感器视为一个整体监听系统并使用先进的处理方法，科学家们能够滤除随机风噪并分离出与火山活动相关的相干压力波。他们证明了不同类型的行为——如温和的背景排气、斯特龙博里式（Strombolian）爆炸和持续的熔岩泉——具有不同的声学模式和频率特征。

区分来自不同火口的“声音”

该阵列最有力的成果之一是能够分辨哪个火口在特定时间“发声”。通过测量次声到达的方向，团队识别出来自两个主要地区的稳定信号簇：产生大多数戏剧性熔岩泉的东南（Southeast）和新东南（New Southeast）火口，以及经常温和排气的博卡诺瓦（Bocca Nuova）和沃拉基内（Voragine）火口。来自东南火口的爆炸性事件显示出以约1–2赫兹为主的尖锐冲击波形，典型于强烈的气体爆发。相比之下，博卡诺瓦和沃拉基内的信号在多个独特频率上显示出更强的共振音色，这些频率由通气口和火口壁的几何形状所塑造。这些差异意味着，仅凭次声，科学家就能在能见度差的情况下区分来自多个通气口的重叠活动。

对生活在火山附近人群的意义

对非专业读者来说，关键结果是埃特纳现在拥有一套经过验证的“声学监视”系统，而整整一年的录音可供任何人免费研究。该工作表明，健壮的次声阵列可以在高海拔、积雪的火山上全年运行，并可靠地捕捉到大规模喷发和较安静排气的微妙气压特征。这一数据集将帮助研究人员改进自动检测和定位喷发活动的早期预警工具，从而为航空和下风向社区提供更快的警报。简而言之，通过仔细倾听火山最深处的隆隆声，科学家们正学会预判下一次强烈喷发的到来。

引用: Zuccarello, L., Gheri, D., De Angelis, S. et al. Infrasound Array Dataset of the 2021 Eruptive Paroxysms of Etna Volcano. Sci Data 13, 296 (2026). https://doi.org/10.1038/s41597-026-06638-0

关键词: 次声, 埃特纳火山, 火山监测, 喷发预警, 地震声学