汤加火山爆发11天，除了海啸和地震你还应该知道……|火山|汤加|地震

　　火山喷发后的汤加现状

　　2022年1月15日中午，太平洋岛国汤加发生了一次猛烈的海底火山爆发，具体地点位于距首都以北65公里处的洪阿哈阿帕伊岛，喷出的巨量气体和烟尘从海里直冲云霄，形成了犹如核爆一般的蘑菇云，引发的海啸抵达了整个太平洋沿岸地区。

向日葵8号气象卫星所摄的南太平洋云图，画面中央为热带气旋科迪，右上方的蘑菇云为汤加火山爆发所致，冲击波清晰可见（图源：日本气象厅）

　　据估计，这是继1991年菲律宾皮纳图博火山之后，近30年来规模最大的一次火山爆发。因海底电缆受损和火山灰遮蔽卫星信号的缘故，汤加与外界的通讯中断数日，直到当地时间1月18日才传出消息。据悉汤加已有六人在海啸中丧生。

　　1月14日的爆发规模较小，相比于第二天的大爆发，只能算是一场热身运动，但已造成了罕见的奇景。[时间均为汤加当地UTC/GMT+13]

　　左：14日17时许，火山灰羽流上升至18千米高空（图源：汤加地质局负责人Taaniela Kula）

　　右：14日19时许，某华人博主所摄的紫红色天空以及带闪电的火山云（图：微博）

　　中国卫星“海丝一号”于1月16日、17日对汤加首都努库阿洛法进行了遥感观测，发现当地基础设施尚保留完好，但大部遭火山灰覆盖。据英国卫报19日报道，当地食物储备暂时无忧，但水源受到一定污染，饮水或成问题。

汤加首都一角，汽车蒙上厚厚的火山灰（图源：新华社，马里安摄）

　　岛国何来火山

　　火山在地球上分布极广，它的爆发也是常见的地质活动现象。在我们地壳下方100-150公里处的一些地区，存在着熔融状的硅酸盐物质——岩浆。在地壳变动作用下，岩浆会裹挟着气体和水分从岩层薄弱之处向上冲出，由此形成火山喷发。火山喷发物质堆积及冷却的玄武岩，往往生成高耸的火山锥和深不见底的火山口，形成典型的火山地貌。

　　世界上七大洲都存在火山，其中最为集中的莫过于环太平洋火山带，占全球火山总量的64%。该火山带又被称为太平洋火环。在人类文明史上，多达三百多座有爆发记录的活火山，就集中在这个火环上。

全球火山带示意图，揭示了板块构造与火山之间的关联。环太平洋沿岸的火山密集构成火环，甚至勾勒出了板块边界。（图源：《城市与减灾》火山资源与灾害专刊）

　　汤加地处太平洋火环，决定了它被笼罩在火山威胁下的不利境遇。这里是澳大利亚板块与太平洋板块的交界处，太平洋板块俯冲造成的汤加海沟深达10882米，板块俯冲使汤加一带火山和地震活动强烈。特别是作为汤加—克马德克群岛火山弧的一部分，邻近的众多岛屿均由火山活动造成，也是岩浆、火山和地震等地质事件的集中多发地带。

　　事实上，自20世纪后洪阿哈阿帕伊岛的海底火山活动一向活跃，近年来岛屿的面貌随着多次爆发而屡遭改变，目前所见的洪阿哈阿帕伊岛只是体量硕大的海底火山口的边缘凸起。由于该岛下方就是巨大的地下岩浆房，汤加火山的大规模爆发并不意外。

　　美国史密森尼学会的《全球火山作用计划》将火山分为1.17万年前至今有过爆发的活火山，和1.17万年前有过爆发但全新世没有爆发记录的休眠火山。按照这种区分，全球至少有1495座活火山和1179座休眠火山。目前全球每年爆发次数约为五十次以上。

　　为了区分火山爆发的级别大小，美国学者提出了火山爆发指数（Volcanic Explosivity Index，简称VEI），它通过对喷发物体积、火山云高度等观测数据确定，用来衡量火山爆发的强烈程度。据大多数科研机构测算，这次火山爆发的强度应该介于VEI五级至VEI六级之间。但目前爆发尚未完全结束，不排除后续持续喷发，喷发强度还可能升级。

不同VEI级别的火山喷发事件及其喷发物体积。例如左下角的蓝球代表64万年前的美国黄石火山喷发，喷发物达1000立方千米，被列为VEI八级。（图源：geology.com）

　　火山爆发时能喷出多种物质。除了显而易见的熔融岩浆、泥石流之外，喷发出的硫化氢等气体对人体也有毒害作用。另外，虽然海底火山爆发不会造成最为致命的熔岩流和碎屑流，但汤加这次引发的巨大海啸已经横跨太平洋，就连距离汤加八千多公里之外的日本近海地区都有船只发生倾覆。

　　本次汤加火山喷发具有典型的普林尼式爆发特点：强度高、能量大、气柱高（可达平流层中部）。气体成分以水蒸气、二氧化硫、硫化氢为主，也有含量相对较低的二氧化碳，主要气候效应是降低地表温度、破坏臭氧层和形成酸雨。值得注意的是，有别于大众的一般认知，火山爆发并非都能导致降温，各种挥发气体的大气作用机制不尽相同，在升降温效果以及作用时间尺度等方面都存在差异。

火山气体对气候影响的效果及时间尺度（该图为笔者据《火山活动与气候变化研究进展》重绘）

　　一般而言，降温最快、最明显的机制来源于火山灰尘埃，例如1980年美国圣海伦斯火山爆发当日，火山灰就让该地白天气温下降了８℃。但尘埃只能在大气中停留数月，时间尺度一旦拉长到年际，则是由气体主导“遮阳伞效应”——喷发物中所含的大量含硫气体（以二氧化硫为主），会在平流层形成硫酸气溶胶，并随着大气环流输送到全球各处，较为稳定的平流层不存在雨雪等对流天气，各类气溶胶的持续滞留时间可长达2至3年。另外，气溶胶还会影响平流层中臭氧的相关化学反应，总体上导致平流层升温。

　　根据NASA卫星监测数据，虽然本次汤加火山喷发的气体已上升到40千米的高度，但海底火山不同于陆地火山，海水也起到一定的溶解作用，目前释放出的二氧化硫只有约42万吨，仅为1991年菲律宾皮纳图博火山的2%，而皮纳图博也仅导致次年全球平均气温下降约0.5℃。

以火山喷发强度1Tg为例，在气候模式模拟下的南半球火山喷发后的次年气温变化示意。温度单位为摄氏度。（图源：南半球火山喷发对全球气温有何影响？我们估算了一下）

　　以本次汤加火山现有的喷发水平来看，对全球气温造成显著影响的可能性非常小。但除了温度变化之外，火山也可能通过调整大气环流突破南北半球梯度界限，进而影响全球气候。特别是汤加位于ENSO（厄尔尼诺-南方涛动）的关键监测区附近，此次火山爆发有可能通过海气遥相关作用对今年拉尼娜产生影响，具体还有待后续观察分析。

　　火山与人类

　　死火山和休眠火山虽然静寂无声，但壮美的景色却让人心驰神往。当前的宁静与曾经的怒发冲冠形成了强烈对比。除了景观旅游价值之外，肥沃的火山灰风化土壤可以提供农业种植营养，微量元素丰富的火山泥及伴生温泉适合休闲疗养。特别是在矿产资源方面，不仅多种火山岩是坚固美观的建筑材料，像铜矿等矿藏和玛瑙、寿山石等玉石，其形成过程还与火山作用有关。

巍峨的赤道雪山——非洲之王乞力马扎罗，远处背景为印度洋。有研究认为，它最近的一次大爆发可能在15至20万年前。（图源：星球研究所摄影师@张扬的小强）

　　火山爆发凭借着改天换地的乾坤之力，不仅改变了地貌，甚至影响了物种演进，更塑造了我们人类文明。不是每个火山爆发事件都像庞贝古城、古希腊米诺斯那样，城镇聚落在短时间内直接埋入废墟。特别是对于高度依赖季风的种植型农业文明而言，火山带来的影响会更加深远且难以估量。远自古埃及的托勒密王朝（公元前305年-公元前30年），近到中国的明朝（1368年-1644年），前者因阿拉斯加的奥克莫克火山爆发影响尼罗河洪涝节律，后者则因印尼萨拉马斯火山带来异常的干旱和寒冷导致连年歉收，加速了明朝的衰亡，它们都印证了一个残酷的事实——古代人类生产力远不足以与火山的力量相抗衡，像这样由气候事件间接引发的社会动荡数不胜数，甚至在某种程度上导致了朝代的更替。

　　火山喷发事件与火山灾害两者是不能简单划上等号的。火山喷发事件与人类社会相互作用可以产生两种后果，一为危害，一为资源。这不仅要求人们在危害与受益之间作出权衡，还应引起个人和社会的相关反应，特别是做好火山监测预警，防患于未然。

　　一般而言，利用覆盖全面的监测，如卫星数据、地面传感器以及无人机气体嗅探装置等，再加上次声波监测等辅助手段，可在数日内对火山爆发事件实现预警。而具体的爆发方式，仍然是预测中的一大难题，爆发将如何展开？熔岩是以粘稠的糊状物形式，从火山口流淌下来？还是以喷薄的方式将火山灰喷射到大气中，究竟能喷多高？这些问题都受制于具体地质构造、岩浆房的温度与压力、熔融物中的固态晶体和含水量等条件，相关机制还有待分析研究。