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地球化學監測
監測火山活動的方法有很多，通常可分為物理與化學方法兩大類。最主要的化學方法就是長期監測火山氣體，因為在火山大規模噴發之前，從地底下逸出的氣體成分會有明顯的變化，因此做為監測火山活動是很有效的方法之一。
什麼是火山氣體?
首先來介紹一下什麼是火山氣體吧！火山氣體由岩漿氣體和熱液氣體兩部分組成，岩漿氣體是指高溫高壓下地球內部岩石熔融而形成岩漿中的揮發性成分，熱液氣體則是以火山為主體的熱液系統所產生。
科學家如何幫火山氣體健檢?
科學家每個月定期在大屯火山群現地採集火山氣體樣品來了解火山氣體組成，除了以傳統的人工採集火山氣體分析監測以外，同時採用較為安全又能夠連續監測的土壤氣體分析方法，來同步監測可能的地下岩漿活動和火山活動。
科學家要從火山氣體裡監測那些元素?
火山的噴發氣體最主要是水氣，其次是二氧化碳，另外還有硫化氫、二氧化硫、氮氣、氬氣、氦氣、氖氣、甲烷、一氧化碳以及氫氣等等。
岩漿活動主要會釋放二氧化碳和二氧化硫，因此是火山預報最重要的監測氣體。
來自地函岩漿的噴氣訊號
氦氣比其他氣體組成有更佳的條件來推測火山氣體的來源。由於來自於大氣、地殼、地函中不同來源物質中所呈現的氦同位素3He／4He比值差異極大，因此氦同位素比值最能直接反應岩漿在噴氣中的訊號。
學者除了藉由氦同位素比值成分瞭解噴氣中所含地函源成分的比例外，也常利用氦同位素比值來判斷可能岩漿源的位置，通常距離火山口越近其氦同位素比值越高；反之距離越遠則數值越低（註1）。
監測火山氣體對火山活動有什麼關聯性？
火山氣體成分變化和火山活動有重大的關連，藉由這些成分可以推斷出此一火山的岩漿性質和活動性（註2）。許多研究指出在火山噴發前，噴氣中某些氣體的成分會突然增加或減少，亦或是同位素值會有所改變等，因此這些氣體成分及同位素的長時間連續變化，可用來監測該地區可能的火山運動。
人工採集火山氣體分析監測工作
現地採集大多需前往雜草叢生或深山溪谷之處，所以火山職人們要有良好的體能與腳程，才能翻山越嶺進入人煙稀少的管制地區，為各種火山氣體進行取樣工作。
使用約一公尺長的鈦金屬管直接插入噴氣口，再將管線內空氣用馬達抽離，待火山氣體充滿導管後，打開閥門收火山氣體：目標鎖定為來自地函岩漿的氦同位素、可被酸鹼中和的火山氣體、具有獨特味的硫磺氣體。
地函岩漿的氦同位素
打開閥門後，氣體隨著管線進入真空收集瓶裡，即關閉閥門以進行收集。
樣品主要用來分析氦同位素3He／4He的比值，其數據是最能直接反應地函的岩漿在噴氣中的訊號。
酸鹼中和的火山氣體
用特製的圓形採集瓶（吉氏瓶）內裝入鹼性的氫氧化鈉溶液，抽真空後來收集火山氣體。二氧化碳、硫化物及氯化氫等酸性氣體與鹼液作用被收集下來。其他不溶解氣體則留存在吉氏瓶瓶上方的空間。
此酸鹼中和反應的過程，太熱會造成氣體不易溶解，因此在等待的過程中蓋上溼紙巾降溫，有助加速溶解。
獨特味的硫磺氣體
先在瓶內裝入碘液再導入火山氣體，硫化物氣體便與碘液相互形成反應，會由原本的深咖啡色，逐漸轉淡為琥珀色，直到液體呈現乳白透明狀，便完成了硫化物氣體的收集工作。
這項工作是為了瞭解硫化物中二氧化硫與硫化氫之間的比例。
圖 城創國際協助拍攝
最後火山氣體職人將現地採集到的各種氣體樣品帶回實驗室後，須於三天內利用氣相層析儀、離子層析儀以及滴定儀來分析工作。
【部分區域具危險性屬管制區域，經申請後進入採集樣品，請勿隨意進入。】
密閉式氣罩法監測工作
圖 城創國際協助拍攝
土壤氣體監測站的設置原理為近年來最常被使用的密閉式氣罩法，主要設備由三部分組成：二氧化碳分析儀、密閉氣罩、定時抽氣泵浦（註3）。
火山氣體除了從噴氣口逸散之外，也會藉由土壤間的孔隙擴散到地表，因此土壤氣體的變化也能有效監控火山活動。目前監測站主要以分析二氧化碳為主。監測站同時要了解環境因子對土壤二氧化碳逸氣通量的影響，另外加裝了土壤溫度計，分別量測室溫及土壤溫度（註4）。
監測火山氣體變化是用來了解火山活動及岩漿性質的一個重要窗口。在過去數十年來，我們在大屯火山群主要噴氣口長期監測其氣體成分變化，結果顯示大屯火山群的氣體成分組成與世界上的低溫噴氣口火山成分組成相似。
目前除了噴氣口直接採樣之外，同時利用土壤逸氣變化來監測火山活動。配合長時間的觀察其活動與變化才能精確掌握火山活動的狀態並進一步進行預警的工作。
註1
楊燦堯，2011，大屯火山群的火山噴氣觀測，地質，第31卷第1期，第28-31頁。
註2
楊燦堯，2009，診斷火山的氣息-火山噴氣，科學發展，第437號，第26-31頁。
註3
林正洪等，2014，《來自火山的訊息-與大屯火山群面對面》。
註4
ChiodiniG.,CioniR.,GuidiM.,RacoB., Marini L.,1998.Soil CO2 flux measurements in volcanic and geothermal areas. Applied Geochemistry.13, 543-55.
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