激光与火山

by Yan

最近冰岛的火山喷发不只对欧洲，对整个世界都造成了巨大影响。巨大的火山灰漂到了欧陆上空，因为害怕火山灰影响飞机的引擎，欧洲很多机场不得不暂时关闭，事实上切断了欧洲与外界的空中联系。让在外的欧洲人回不去，在欧洲的外国人出不来，影响的不仅仅是航空行业。

这时候，我就想无处不在的激光能有什么作为呢？请教了 Google 老师，果然是有的。欧洲的航空气象学家们，或在地面观测站，或者驾机至云层之上，用激光雷达系统来监测领空的火山灰云情况。这些激光雷达装置会发射激光脉冲到云层里，遇到灰尘颗粒，一小部分光会被散射回来。通过分析散射光的情况，就可以了解火山灰尘在这个方向的分布。如果在不同方向上扫描的话，就可以得到火山灰云的三维密度分布。这比通过卫星气象云图得到的二维信息更有用些。

类似的技术在平时也被用来研究火山口的形态。这时候激光对准的是火山口，通过测量激光脉冲碰到岩石或岩浆后返回的时间，可以获得火山口的三维地貌。持续不断的监测，可以让地质工作者们了解缓慢的地表运动，以及快速的岩浆活动，看到火山喷发的迹象，做出预警。这种技术明显的好处是，可以把仪器放在老远的地方，不需要人深入到危险的地带。

另外一种火山预警方式是分析火山口逸出的气体。传统上是这么做的：先到火山口收集样品，然后送回实验室进行分析。这种方法，一是人身不安全；二是花费的时间太长，不适于紧急情况。有人就提出了一种激光探测办法。

碳有三种同位素，大气中二氧化碳所含的碳同位素的比例已知。但是岩浆中的二氧化碳有不同的比例，或多或少，取决与具体的火山和当地的地质。所以岩浆活动剧烈的时候，火山口的大气中的二氧化碳成分会有细微变化。这三种二氧化碳的吸收谱各不相同，因此用激光光谱的办法可以迅速精确地把它们各自的浓度测定出来。

cross posted from 激光衍