公元79年維蘇威火山的突然噴發(fā)使龐貝和赫爾庫拉勒姆兩座城市陷于滅頂之災(zāi)，數(shù)千來不及撤離的居民死于非命。今天的那不勒斯市位于仍在活動的維蘇威火山以西僅6英里處，而西西里島上那座吉兇難測的埃特納山附近也有若干城鎮(zhèn)。為了避免它們遭受類似的浩劫，人們或許很快就可以用一種新穎的激光裝置來提前數(shù)月預(yù)測火山的噴發(fā)。 現(xiàn)今用來預(yù)測火山爆發(fā)的方法存在一些缺陷。測震表可以監(jiān)測預(yù)示著火山正在蠢蠢欲動的地面震動和其他地面活動，但人們有時會發(fā)現(xiàn)這類儀器的讀數(shù)并不精確，或者是過于復(fù)雜因而無法判釋。對火山逸出的氣體進(jìn)行掃描測量，可以發(fā)現(xiàn)熔巖是否在火山內(nèi)移動，但用于分析此類噴發(fā)氣體的儀器往往過于脆弱，而且相當(dāng)笨重，不適于在實(shí)驗(yàn)室外的環(huán)境中使用。萊斯大學(xué)的應(yīng)用物理學(xué)家Frank Tittel解釋說，"你得先收集火山氣體的樣品，把它們送到實(shí)驗(yàn)室，然后一等就是幾周甚至幾個月，待實(shí)驗(yàn)室積壓的任務(wù)都處理完后，才輪到你的氣體進(jìn)行化驗(yàn)。 早期探測火山動靜還有一種更令人看好的方法，那就是觀察二氧化碳中碳同位素比例的變化。大氣中碳12對碳13的比例大致是90比1，但在火山氣體中這一比例可能顯著不同。此比例即使只改變0.lppm(百萬分之一)，也可能意味著在火山下積聚或沿著火山上升的熔巖所釋放出的二氧化碳涌入了大氣。 激光器有助于探測這一變化，因?yàn)樘?2和碳13所吸收的中紅外光其波長略有差異。用于此目的的激光器必須具有在中紅外波段上連續(xù)調(diào)諧的性能。先前研究人員使用的是鉛鹽激光器，此種激光器需要液氮冷卻，因而難以在現(xiàn)場使用。此外，鉛鹽激光器屬低功率型器件，其功率不過百萬分之幾瓦，而且所發(fā)出的頻率往往不穩(wěn)定。其他碳同位素掃描方法也與此相仿，都只限于在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)使用。 Tittel以及美國和英國的其他一些科學(xué)家與意大利政府合作，設(shè)計出一種以量子級聯(lián)激光器為核心的火山監(jiān)測系統(tǒng)。這樣一種半導(dǎo)體激光器可以在很寬的頻率上發(fā)出高功率的激光，而且結(jié)構(gòu)堅牢，也不需要液氮冷卻，因此小得可以放進(jìn)皮鞋盒子里。 上述研究人員對尼加拉瓜若干火山口噴出的氣體首次試用他們的激光器進(jìn)行了測量。新的現(xiàn)場試驗(yàn)將選擇一些條件惡劣的火山現(xiàn)場來檢查該系統(tǒng)的性能和精度。美國科羅拉多州博爾德國家大氣研究中心的研究工程師Dirk Richter說，設(shè)計一套“在堪稱地球上最惡劣、最考驗(yàn)人的環(huán)境中運(yùn)行”的系統(tǒng)可謂困難重重。” 如果這種儀器果然奏效，有關(guān)方面將打算在火山口周圍設(shè)置激光預(yù)警系統(tǒng)，每臺裝置將實(shí)時發(fā)送測量數(shù)據(jù)。虛警事件應(yīng)當(dāng)不會出現(xiàn)，因?yàn)槿蹘r中的碳同位素比例與地殼中的碳同位素比例有顯著差異。此外，激光器探測到的變動是在數(shù)周乃至數(shù)月的期間內(nèi)發(fā)生的，這樣就有時間比較其它儀器所獲得的數(shù)據(jù)，并從容地通知居民疏散。英國牛津郡盧瑟福-艾普爾頓實(shí)驗(yàn)室的物理學(xué)家、Tittel小組的成員Damien Weidmann說，“我們這個系統(tǒng)的目標(biāo)是避免一場維蘇威火山爆發(fā)式的浩劫。”系統(tǒng)樣機(jī)的現(xiàn)場測試定于2005年春在羅馬東南有火山活動的阿爾班丘陵地區(qū)進(jìn)行，距教皇約翰•保羅二世的避暑山莊不遠(yuǎn)。同時，在美國新墨西哥州洛斯阿拉莫斯附近的火山地區(qū)也進(jìn)行同樣的測試。