湯加海底火山噴發(fā)事件回顧及其災(zāi)害影響

宋雨佳 盤曉東 康建紅

湯加火山概況

北京時(shí)間2022年1月15日，南太平洋島國湯加附近一聲巨響伴隨著巨大的蘑菇云升起——洪阿哈阿帕伊島（Hunga Tonga-Hunga Ha'apai）海底火山（南緯20.57度，西經(jīng)175.38度）發(fā)生大規(guī)模爆炸式噴發(fā)，火山灰、氣體和蒸汽組成的火山噴發(fā)柱噴射到20千米高空，引發(fā)的海嘯波及環(huán)太平洋沿岸多個(gè)國家，引起全球廣泛關(guān)注。

（一）地質(zhì)構(gòu)造背景

湯加洪阿哈阿帕伊島海底火山位于湯加首都努庫阿洛法以北65千米處的洪阿哈阿帕伊島，構(gòu)造位置位于西南太平洋板塊和印度—澳大利亞板塊之間的“匯聚型板塊邊界”上，是環(huán)太平洋火山地震帶湯加火山鏈的火山之一，地質(zhì)活動十分活躍。太平洋板塊向西側(cè)的澳大利亞板塊之下俯沖，形成了海洋島弧。經(jīng)過弧后拉張作用，海洋島弧周邊逐漸發(fā)展成為Lau盆地，隨后盆地發(fā)生裂陷，在西側(cè)形成Lau山脊，東側(cè)形成湯加山脊。湯加山脊與太平洋板塊相鄰，火山活動十分頻繁，是現(xiàn)今地球上火山地震最活躍的地區(qū)之一（圖1）。

圖1 湯加海底火山地質(zhì)構(gòu)造背景（據(jù)中國地震局地質(zhì)研究所，2022）

（二）噴發(fā)歷史

該火山分別于1912年、1937年、1988年、2009年、2014年、2021年發(fā)生過噴發(fā)（表1）。其中，2009年3月17日的火山噴發(fā)在洪阿哈阿帕伊島的南部水域上形成了新的陸地。2014年12月19日該火山發(fā)生了噴發(fā)，持續(xù)到2015年1月28日結(jié)束?；鹕絿姲l(fā)形成了一個(gè)高約120米、寬1.5千米（N-S），長2千米（W-E）的新島，火山口直徑為400～500米。后來新島與洪阿哈阿帕伊島相連。2021年12月20日發(fā)生爆炸式噴發(fā)，噴發(fā)規(guī)模超越以往歷次噴發(fā)，一直持續(xù)至今。

表1 湯加火山歷史噴發(fā)記錄表

（三）噴發(fā)機(jī)制

太平洋板塊在湯加?xùn)|側(cè)的海溝處俯沖，俯沖的大洋洋殼在深部脫水引起地幔楔的熔融，形成巖漿。隨著板塊持續(xù)俯沖，熔融也在積聚，待壓力達(dá)到臨界時(shí)，在俯沖帶上部就發(fā)生火山噴發(fā)（Sun et al. 2020）。另外，GPS數(shù)據(jù)表明，西太平洋有擴(kuò)張的趨勢，并且向湯加—克馬德克島弧（位于西南太平洋板塊向澳大利亞板塊的匯聚俯沖帶上）不斷移動（圖2）。

圖2 湯加—克馬德克島弧構(gòu)造位置（Sun et al., 2020）

2022年1月15日大規(guī)?；鹕奖l(fā)

2022年1月15日發(fā)生大規(guī)模爆炸式噴發(fā)，是迄今為止該火山最大規(guī)模的噴發(fā)（圖3）。火山灰、氣體和蒸汽組成的火山噴發(fā)柱高達(dá)20千米，火山灰云團(tuán)直徑約260千米，釋放二氧化硫40萬噸?；鹕絿姲l(fā)產(chǎn)生的巨響在距離火山800多千米的斐濟(jì)群島、距離火山2200千米外的新西蘭北島都能聽見。巨大噴發(fā)產(chǎn)生的沖擊波還影響到了全球各地的氣壓計(jì)，日本、澳大利亞、中國、新西蘭等多國均監(jiān)測到氣壓數(shù)據(jù)突然彈跳的變化。火山噴發(fā)引發(fā)了太平洋全域海嘯過程，1月16日美國加利福尼亞州、俄勒岡州、夏威夷群島均監(jiān)測到1米至2米高的海嘯波；日本列島均監(jiān)測到0.2米至1.2米不等的海嘯波；智利中部科金博大區(qū)監(jiān)測到2米高的海嘯波；墨西哥沿岸監(jiān)測到0.43米至2.05米高的海嘯波。我國浙江石浦站監(jiān)測到最大海嘯波幅約20厘米，此次過程未對中國沿岸造成災(zāi)害性影響。

圖3 湯加洪阿哈阿帕伊島2022年1月15日大噴發(fā)影像（圖源Zoom Earth）

湯加火山噴發(fā)的災(zāi)害影響

（一）對湯加的災(zāi)害影響

火山噴發(fā)后，湯加洪阿哈阿帕伊島周邊285公頃的陸地面積幾乎“消失”。當(dāng)?shù)丶案浇鼚u嶼的建筑、道路、植被等幾乎全被火山灰覆蓋，受損嚴(yán)重（圖4）；農(nóng)作物也被火山灰掩埋，其支柱產(chǎn)業(yè)農(nóng)業(yè)受災(zāi)嚴(yán)重；空氣及飲用水受到污染，海洋生態(tài)遭到嚴(yán)重破壞。湯加唯一一條連接斐濟(jì)的海底互聯(lián)網(wǎng)電纜被損壞，使該國與外界“失聯(lián)”。湯加機(jī)場因被大量的火山灰覆蓋而關(guān)閉，阻礙了國際救援工作。目前火山噴發(fā)已造成5人死亡及部分人員受傷。湯加的國內(nèi)通信恢復(fù)，電力恢復(fù)80%。

圖4 湯加境內(nèi)建筑道路等被火山灰覆蓋損毀（圖源Malau Media）

（二）對其他國家的災(zāi)害影響

火山噴發(fā)引發(fā)海嘯，波及澳大利亞、秘魯、智利、日本、美國等地，造成海水倒灌、民宅被毀等影響。截至1月16日日本高知縣和三重縣共損失漁船30艘，27個(gè)國內(nèi)航班被取消。美國零售產(chǎn)品和營業(yè)廳的損失至少75000美元。秘魯北部和中部的22個(gè)港口因海嘯而關(guān)閉。受火山噴發(fā)引起的海嘯影響，秘魯利馬附近海域發(fā)生了嚴(yán)重的石油泄漏，截至1月20日污染了秘魯沿岸20萬平方英尺的海灘，引發(fā)了嚴(yán)重的生態(tài)災(zāi)難并導(dǎo)致秘魯海灘關(guān)閉、漁業(yè)停止（圖5）。火山噴發(fā)產(chǎn)生的氣溶膠向西擴(kuò)散到澳大利亞。距離最近的“一帶一路”沿線國家是印度尼西亞，未見受此次火山噴發(fā)影響的報(bào)道。

圖5 秘魯利馬附近海域發(fā)生了嚴(yán)重的石油泄漏

（三）對氣候的影響

美國能源領(lǐng)域?qū)＜也继m登·亞歷山大認(rèn)為，1991年菲律賓皮納圖博火山噴發(fā)排放出1700萬噸二氧化硫，此后的一年里，全球氣溫下降了近0.5攝氏度。而此次火山噴發(fā)排出二氧化硫的總量大約為40萬噸，是皮納圖博的1%到2%，這個(gè)數(shù)量級太小，幾乎無法對氣候產(chǎn)生任何可測量的影響。美國羅格斯大學(xué)環(huán)境科學(xué)系教授艾倫·羅博克表示，目前衛(wèi)星測量顯示，湯加最近一次火山噴發(fā)產(chǎn)生的二氧化硫大約為40萬噸。這次噴發(fā)對氣候的影響大約是皮納圖博火山噴發(fā)的1/50，即平均降溫約0.01攝氏度。從目前情況看，此次火山噴發(fā)不會對全球氣候產(chǎn)生較大影響。

我國火山監(jiān)測與災(zāi)害防御

我國有14座活火山，其中長白山天池火山是規(guī)模最大、最具潛在災(zāi)害性噴發(fā)危險(xiǎn)的活火山。長白山天池火山千年前的大噴發(fā)是全球近2000年來最大規(guī)模噴發(fā)事件之一（火山爆發(fā)指數(shù)VEI=7），造成巨大災(zāi)害。中國科學(xué)院院士劉嘉麒認(rèn)為，長白山火山雖然不會馬上就噴發(fā)，但遲早會噴發(fā)。天池蓄水20.4億立方米，即使發(fā)生中小規(guī)模噴發(fā)，也會造成巨大災(zāi)害。

為減輕和預(yù)防這些活火山噴發(fā)形成的災(zāi)害，中國在6個(gè)位于人口稠密地方的活火山區(qū)建立了火山監(jiān)測站，開展火山監(jiān)測工作。其中，由于長白山天池火山的特殊性及重要性，圍繞著天池火山口架設(shè)了地震觀測、形變觀測和地球化學(xué)觀測等一系列觀測儀器，建成了我國火山監(jiān)測手段最多和監(jiān)測技術(shù)最先進(jìn)的監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)。監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)表明在2002—2005年間長白山火山經(jīng)歷了火山擾動事件，2006年后逐漸恢復(fù)平靜。但2020年12月22日天池火山發(fā)生了由38次火山地震組成的震群活動，2021年6月27日再次發(fā)生11次火山地震組成的震群活動，2021年3月5日，天池火山區(qū)南25千米處發(fā)生3.1級地震。天池火山2020年以來火山地震活動頻度及強(qiáng)度有所增強(qiáng)，可能預(yù)示火山活動由平靜階段向擾動階段轉(zhuǎn)變。

“九五”以來，中國地震局相繼開展了火山噴發(fā)序列、火山噴發(fā)危險(xiǎn)性、火山災(zāi)害預(yù)測、火山災(zāi)害預(yù)警等研究，對我國火山潛在的災(zāi)害類型、分布區(qū)域及背景活動狀態(tài)進(jìn)行了摸底，對我國火山的噴發(fā)歷史、火山深部巖漿系統(tǒng)和活動性等取得了進(jìn)一步的認(rèn)識。

人類無法控制火山活動，只能在深入認(rèn)識火山活動規(guī)律以及加強(qiáng)火山監(jiān)測、預(yù)報(bào)的基礎(chǔ)上進(jìn)行防御。主要措施包括：火山活動監(jiān)測預(yù)報(bào)預(yù)警；開展火山災(zāi)害區(qū)劃，城鎮(zhèn)和重要工程設(shè)施避開火山危險(xiǎn)區(qū)及可能的危害區(qū)；廣泛普及火山災(zāi)害防御和應(yīng)急避險(xiǎn)知識；制訂火山災(zāi)害應(yīng)急預(yù)案，組織做好應(yīng)急應(yīng)對準(zhǔn)備；在火山噴發(fā)前，進(jìn)行人員疏散和財(cái)產(chǎn)轉(zhuǎn)移；在火山噴發(fā)后，阻擋或疏通熔巖流，改變其流動方向或匯聚場所，減少災(zāi)害損失；消除火山洪水、火山泥石流等隱患，預(yù)防間接災(zāi)害，從而進(jìn)行有效的防災(zāi)、減災(zāi)、救災(zāi)工作。