湯加火山全球影響仍在發(fā)酵，關(guān)于這次噴發(fā)你還應(yīng)該知道這些

2022年1月15日中午，太平洋島國(guó)湯加發(fā)生了一次猛烈的海底火山爆發(fā)，具體地點(diǎn)位于距首都以北65公里處的洪阿哈阿帕伊島，噴出的巨量氣體和煙塵從海里直沖云霄，形成了猶如核爆一般的蘑菇云，引發(fā)的海嘯抵達(dá)了整個(gè)太平洋沿岸地區(qū)。

據(jù)估計(jì)，這是繼1991年菲律賓皮納圖博火山之后，近30年來(lái)規(guī)模最大的一次火山爆發(fā)。因海底電纜受損和火山灰遮蔽衛(wèi)星信號(hào)的緣故，湯加與外界的通訊中斷數(shù)日，直到當(dāng)?shù)貢r(shí)間1月18日才傳出消息。據(jù)悉湯加已有六人在海嘯中喪生。

1月14日的爆發(fā)規(guī)模較小，相比于第二天的大爆發(fā)，只能算是一場(chǎng)熱身運(yùn)動(dòng)，但已造成了罕見(jiàn)的奇景。[時(shí)間均為湯加當(dāng)?shù)豒TC/GMT +13]

左：14日17時(shí)許，火山灰羽流上升至18千米高空

圖 | 湯加地質(zhì)局負(fù)責(zé)人Taaniela Kula
右：14日19時(shí)許，某華人博主所攝的紫紅色天空以及帶閃電的火山云

圖 | 見(jiàn)水印

中國(guó)衛(wèi)星“海絲一號(hào)”于1月16日、17日對(duì)湯加首都努庫(kù)阿洛法進(jìn)行了遙感觀測(cè)，發(fā)現(xiàn)當(dāng)?shù)鼗A(chǔ)設(shè)施尚保留完好，但大部遭火山灰覆蓋。據(jù)英國(guó)衛(wèi)報(bào)19日?qǐng)?bào)道，當(dāng)?shù)厥澄飪?chǔ)備暫時(shí)無(wú)憂，但水源受到一定污染，飲水或成問(wèn)題。

湯加首都一角，汽車(chē)蒙上厚厚的火山灰

圖 | 新華社，馬里安攝

—— 島國(guó)何來(lái)火山 ——

火山在地球上分布極廣，它的爆發(fā)也是常見(jiàn)的地質(zhì)活動(dòng)現(xiàn)象。在我們地殼下方100~150公里處的一些地區(qū)，存在著熔融狀的硅酸鹽物質(zhì)——巖漿。在地殼變動(dòng)作用下，巖漿會(huì)裹挾著氣體和水分從巖層薄弱之處向上沖出，由此形成火山噴發(fā)?；鹕絿姲l(fā)物質(zhì)堆積及冷卻的玄武巖，往往生成高聳的火山錐和深不見(jiàn)底的火山口，形成典型的火山地貌。

世界上七大洲都存在火山，其中最為集中的莫過(guò)于環(huán)太平洋火山帶，占全球火山總量的64%。該火山帶又被稱(chēng)為太平洋火環(huán)。在人類(lèi)文明史上，多達(dá)三百多座有爆發(fā)記錄的活火山，就集中在這個(gè)火環(huán)上。

全球火山帶示意圖，揭示了板塊構(gòu)造與火山之間的關(guān)聯(lián)。

環(huán)太平洋沿岸的火山密集構(gòu)成火環(huán)，甚至勾勒出了板塊邊界。

圖 | 彭年,耿倩倩,劉永順,聶保鋒. 火山分布. 城市與減災(zāi),火山資源與災(zāi)害專(zhuān)刊,2018(05).

湯加地處太平洋火環(huán)，決定了它被籠罩在火山威脅下的不利境遇。這里是澳大利亞板塊與太平洋板塊的交界處，太平洋板塊俯沖造成的湯加海溝深達(dá)10882米，板塊俯沖使湯加一帶火山和地震活動(dòng)強(qiáng)烈。特別是作為湯加—克馬德克群島火山弧的一部分，鄰近的眾多島嶼均由火山活動(dòng)造成，也是巖漿、火山和地震等地質(zhì)事件的集中多發(fā)地帶。

事實(shí)上，自20世紀(jì)后洪阿哈阿帕伊島的海底火山活動(dòng)一向活躍，近年來(lái)島嶼的面貌隨著多次爆發(fā)而屢遭改變，目前所見(jiàn)的洪阿哈阿帕伊島只是體量碩大的海底火山口的邊緣凸起。由于該島下方就是巨大的地下巖漿房，湯加火山的大規(guī)模爆發(fā)并不意外。

美國(guó)史密森尼學(xué)會(huì)的《全球火山作用計(jì)劃》將火山分為1.17萬(wàn)年前至今有過(guò)爆發(fā)的活火山，和1.17萬(wàn)年前有過(guò)爆發(fā)但全新世沒(méi)有爆發(fā)記錄的休眠火山。按照這種區(qū)分，全球至少有1495座活火山和1179座休眠火山。目前全球每年爆發(fā)次數(shù)約為五十次以上。

為了區(qū)分火山爆發(fā)的級(jí)別大小，美國(guó)學(xué)者提出了火山爆發(fā)指數(shù)（Volcanic Explosivity Index，簡(jiǎn)稱(chēng)VEI），它通過(guò)對(duì)噴發(fā)物體積、火山云高度等觀測(cè)數(shù)據(jù)確定，用來(lái)衡量火山爆發(fā)的強(qiáng)烈程度。據(jù)大多數(shù)科研機(jī)構(gòu)測(cè)算，這次火山爆發(fā)的強(qiáng)度應(yīng)該介于VEI五級(jí)至VEI六級(jí)之間。但目前爆發(fā)尚未完全結(jié)束，不排除后續(xù)持續(xù)噴發(fā)，噴發(fā)強(qiáng)度還可能升級(jí)。

不同VEI級(jí)別的火山噴發(fā)事件及其噴發(fā)物體積。例如左下角的藍(lán)球代表64萬(wàn)年前的美國(guó)黃石火山噴發(fā)，噴發(fā)物達(dá)1000立方千米，被列為VEI八級(jí)。

圖 | geology.com

火山爆發(fā)時(shí)能?chē)姵龆喾N物質(zhì)。除了顯而易見(jiàn)的熔融巖漿、泥石流之外，噴發(fā)出的硫化氫等氣體對(duì)人體也有毒害作用。另外，雖然海底火山爆發(fā)不會(huì)造成最為致命的熔巖流和碎屑流，但湯加這次引發(fā)的巨大海嘯已經(jīng)橫跨太平洋，就連距離湯加八千多公里之外的日本近海地區(qū)都有船只發(fā)生傾覆。

本次湯加火山噴發(fā)具有典型的普林尼式爆發(fā)特點(diǎn)：強(qiáng)度高、能量大、氣柱高（可達(dá)平流層中部）。氣體成分以水蒸氣、二氧化硫、硫化氫為主，也有含量相對(duì)較低的二氧化碳，主要?dú)夂蛐?yīng)是降低地表溫度、破壞臭氧層和形成酸雨。值得注意的是，有別于大眾的一般認(rèn)知，火山爆發(fā)并非都能導(dǎo)致降溫，各種揮發(fā)氣體的大氣作用機(jī)制不盡相同，在升降溫效果以及作用時(shí)間尺度等方面都存在差異。

火山氣體對(duì)氣候影響的效果及時(shí)間尺度

圖 | 筆者根據(jù)以下論文重繪：郭正府,劉嘉麒. 火山活動(dòng)與氣候變化研究進(jìn)展. 中國(guó)科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所2002學(xué)術(shù)論文摘要匯編,中國(guó)科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所科技與成果轉(zhuǎn)化處會(huì)議論文集,2002(12).

一般而言，降溫最快、最明顯的機(jī)制來(lái)源于火山灰塵埃，例如1980年美國(guó)圣海倫斯火山爆發(fā)當(dāng)日，火山灰就讓該地白天氣溫下降了８℃。但塵埃只能在大氣中停留數(shù)月，時(shí)間尺度一旦拉長(zhǎng)到年際，則是由氣體主導(dǎo)“遮陽(yáng)傘效應(yīng)”——噴發(fā)物中所含的大量含硫氣體（以二氧化硫?yàn)橹鳎?，?huì)在平流層形成硫酸氣溶膠，并隨著大氣環(huán)流輸送到全球各處，較為穩(wěn)定的平流層不存在雨雪等對(duì)流天氣，各類(lèi)氣溶膠的持續(xù)滯留時(shí)間可長(zhǎng)達(dá)2至3年。另外，氣溶膠還會(huì)影響平流層中臭氧的相關(guān)化學(xué)反應(yīng)，總體上導(dǎo)致平流層升溫。

根據(jù)NASA衛(wèi)星監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，雖然本次湯加火山噴發(fā)的氣體已上升到40千米的高度，但海底火山不同于陸地火山，海水也起到一定的溶解作用，目前釋放出的二氧化硫只有約42萬(wàn)噸，僅為1991年菲律賓皮納圖博火山的2%，而皮納圖博也僅導(dǎo)致次年全球平均氣溫下降約0.5℃。

以火山噴發(fā)強(qiáng)度1Tg為例，在氣候模式模擬下的

南半球火山噴發(fā)后的次年氣溫變化示意。溫度單位為攝氏度。

圖 |左萌. 南半球火山噴發(fā)對(duì)全球氣溫有何影響？我們估算了一下. 科學(xué)大院,2022-01-18.

以本次湯加火山現(xiàn)有的噴發(fā)水平來(lái)看，對(duì)全球氣溫造成顯著影響的可能性非常小。但除了溫度變化之外，火山也可能通過(guò)調(diào)整大氣環(huán)流突破南北半球梯度界限，進(jìn)而影響全球氣候。特別是湯加位于ENSO（厄爾尼諾-南方濤動(dòng)）的關(guān)鍵監(jiān)測(cè)區(qū)附近，此次火山爆發(fā)有可能通過(guò)海氣遙相關(guān)作用對(duì)今年拉尼娜產(chǎn)生影響，具體還有待后續(xù)觀察分析。

—— 火山與人類(lèi) ——

死火山和休眠火山雖然靜寂無(wú)聲，但壯美的景色卻讓人心馳神往。當(dāng)前的寧?kù)o與曾經(jīng)的怒發(fā)沖冠形成了強(qiáng)烈對(duì)比。除了景觀旅游價(jià)值之外，肥沃的火山灰風(fēng)化土壤可以提供農(nóng)業(yè)種植營(yíng)養(yǎng)，微量元素豐富的火山泥及伴生溫泉適合休閑療養(yǎng)。特別是在礦產(chǎn)資源方面，不僅多種火山巖是堅(jiān)固美觀的建筑材料，像銅礦等礦藏和瑪瑙、壽山石等玉石，其形成過(guò)程還與火山作用有關(guān)。

巍峨的赤道雪山——非洲之王乞力馬扎羅，遠(yuǎn)處背景為印度洋。

有研究認(rèn)為，它最近的一次大爆發(fā)可能在15至20萬(wàn)年前。

圖 | 星球研究所 攝影師@張揚(yáng)的小強(qiáng)

火山爆發(fā)憑借著改天換地的乾坤之力，不僅改變了地貌，甚至影響了物種演進(jìn)，更塑造了我們?nèi)祟?lèi)文明。不是每個(gè)火山爆發(fā)事件都像龐貝古城、古希臘米諾斯那樣，城鎮(zhèn)聚落在短時(shí)間內(nèi)直接埋入廢墟。特別是對(duì)于高度依賴(lài)季風(fēng)的種植型農(nóng)業(yè)文明而言，火山帶來(lái)的影響會(huì)更加深遠(yuǎn)且難以估量。遠(yuǎn)自古埃及的托勒密王朝（公元前305年-公元前30年），近到中國(guó)的明朝（1368年-1644年），前者因阿拉斯加的奧克莫克火山爆發(fā)影響尼羅河洪澇節(jié)律，后者則因印尼薩拉馬斯火山帶來(lái)異常的干旱和寒冷導(dǎo)致連年歉收，加速了明朝的衰亡，它們都印證了一個(gè)殘酷的事實(shí)——古代人類(lèi)生產(chǎn)力遠(yuǎn)不足以與火山的力量相抗衡，像這樣由氣候事件間接引發(fā)的社會(huì)動(dòng)蕩數(shù)不勝數(shù)，甚至在某種程度上導(dǎo)致了朝代的更替。

火山噴發(fā)事件與火山災(zāi)害兩者是不能簡(jiǎn)單劃上等號(hào)的?；鹕絿姲l(fā)事件與人類(lèi)社會(huì)相互作用可以產(chǎn)生兩種后果，一為危害，一為資源。這不僅要求人們?cè)谖：εc受益之間作出權(quán)衡，還應(yīng)引起個(gè)人和社會(huì)的相關(guān)反應(yīng)，特別是做好火山監(jiān)測(cè)預(yù)警，防患于未然。

一般而言，利用覆蓋全面的監(jiān)測(cè)，如衛(wèi)星數(shù)據(jù)、地面?zhèn)鞲衅饕约盁o(wú)人機(jī)氣體嗅探裝置等，再加上次聲波監(jiān)測(cè)等輔助手段，可在數(shù)日內(nèi)對(duì)火山爆發(fā)事件實(shí)現(xiàn)預(yù)警。而具體的爆發(fā)方式，仍然是預(yù)測(cè)中的一大難題，爆發(fā)將如何展開(kāi)？熔巖是以粘稠的糊狀物形式，從火山口流淌下來(lái)？還是以噴薄的方式將火山灰噴射到大氣中，究竟能?chē)姸喔?？這些問(wèn)題都受制于具體地質(zhì)構(gòu)造、巖漿房的溫度與壓力、熔融物中的固態(tài)晶體和含水量等條件，相關(guān)機(jī)制還有待分析研究。

中國(guó)火山監(jiān)測(cè)臺(tái)網(wǎng)組成示意圖

圖 |許建東. 中國(guó)活動(dòng)火山監(jiān)測(cè)與研究歷史回顧. 城市與減災(zāi),2018(05).

作為中國(guó)數(shù)字地震觀測(cè)網(wǎng)絡(luò)的重要組成部分，隨著監(jiān)測(cè)臺(tái)站的立體組網(wǎng)，中國(guó)已經(jīng)建立了較為完善的火山活動(dòng)監(jiān)測(cè)體系?？梢灶A(yù)期，我們或許在有生之年還會(huì)目睹類(lèi)似這次湯加的火山爆發(fā)，但防災(zāi)減災(zāi)科技將有助于我們抵御風(fēng)險(xiǎn)，乃至變害為利。