湯加火山噴發(fā)與全球氣候變化

劉潛

（中南財經(jīng)政法大學(xué) 哲學(xué)院，湖北 武漢 430073；河南輕工職業(yè)學(xué)院，河南 鄭州 450000）

無數(shù)次的火山噴發(fā)不僅改變了地球氣候，更是引發(fā)了物種及文明的滅絕/Pexels Carlos

南太平洋島國湯加首都努庫阿洛法以北65 千米處的洪阿哈阿帕伊島海底火山于2022 年1 月14 日開始發(fā)生劇烈噴發(fā)，大規(guī)模的噴發(fā)持續(xù)了數(shù)天。湯加火山噴發(fā)不僅對該國的生態(tài)環(huán)境造成嚴(yán)重影響，大量的火山灰從2 月初已經(jīng)開始向非洲方向漂移。在人類歷史上，無數(shù)次的火山噴發(fā)不僅改變了地球氣候，更是引發(fā)了物種及文明的滅絕。此次湯加火山噴發(fā)必然也會對全球氣候變化造成影響，但影響究竟有多大，尚需要時間去分析和評估。

湯加火山噴發(fā)

湯加的洪阿哈阿帕伊島海底火山在2022 年1 月14日劇烈噴發(fā)后，15 日至17 日再次迎來了大噴發(fā)，太平洋海嘯預(yù)警中心已在夏威夷監(jiān)測到該地區(qū)連續(xù)多日產(chǎn)生巨浪。其中，15 日的猛烈噴發(fā)持續(xù)了8 分鐘，大量的火山灰隨著噴發(fā)的巨響迅速升入高空，湯加全境被火山灰遮蔽。伴隨著火山噴發(fā)引發(fā)的海嘯讓湯加首都努庫阿洛法部分地區(qū)被海水淹沒，居民匆忙逃離到地勢更高的區(qū)域，國王圖普六世也從王宮撤離。新西蘭奧克蘭大學(xué)火山專家沙恩·克羅寧表示，湯加火山噴發(fā)后，湯加群島地面上的景象如同世界末日一樣。新西蘭駐湯加大使皮特·隆德也表示，在1 月15 日火山噴發(fā)完之后，湯加首都看上去像“月球表面”。受火山灰及煙霧的影響，當(dāng)?shù)氐墓┧到y(tǒng)遭到嚴(yán)重的污染，直到2 月初，淡水供應(yīng)尚未恢復(fù)。國際援助機(jī)構(gòu)多次表示，當(dāng)?shù)厝巳狈ζ垦b水及口罩。湯加的通信設(shè)備在此次火山噴發(fā)中也受到了強(qiáng)烈影響，海底電纜也遭到了破壞，直到1 月20 日衛(wèi)星通信系統(tǒng)才開始恢復(fù)。國際紅十字會對外透露，湯加火山噴發(fā)引發(fā)的海嘯和巨浪，使得該國8 萬人受到了影響。

可以說，湯加火山噴發(fā)是過去30 年來全球規(guī)模最大的一次火山噴發(fā)?；鹕絿姲l(fā)所釋放出來的巨大能量，直接將洪阿哈阿帕伊島超過一大半的陸地沉入海平面以下，同時，隨著火山噴發(fā)的進(jìn)行，大量濃煙升騰而起，直沖到十幾萬米的高空，并隨著大氣環(huán)流向四周飄散，從多國的衛(wèi)星監(jiān)測畫面中可以清晰地看到，要遠(yuǎn)比原子彈爆炸“壯觀”得多的巨大“蘑菇云”。據(jù)科學(xué)家們測算，此次湯加火山噴發(fā)，釋放的能量相當(dāng)于1000 顆原子彈同時在海底爆炸。按照火山爆發(fā)指數(shù)來衡量，湯加火山噴發(fā)的級別介于VEI-5 級和6 級之間，已經(jīng)處于“超級火山”的行列。到2 月初，在南半球東風(fēng)帶的影響下，大量飄浮在空中的火山灰開始向澳大利亞及非洲上空擴(kuò)散。澳大利亞莫納什大學(xué)希瑟·漢得利教授認(rèn)為，就此次湯加火山噴發(fā)的火山灰沖到平流層的高度看，能量無疑是巨大的，是1991 年菲律賓皮納圖博火山噴發(fā)以來最大的一次火山噴發(fā)活動，但是規(guī)模與歷史上造成無夏期的火山噴發(fā)相比，依然算不上“超級”。新西蘭惠靈頓維多利亞大學(xué)地質(zhì)研究中心的專家表示，湯加火山每隔1000 年就會產(chǎn)生這種規(guī)模的噴發(fā)，此次的噴發(fā)規(guī)模在湯加火山噴發(fā)史上不算最大。

湯加火山噴發(fā)引發(fā)全球關(guān)注，韓國媒體在1 月下旬表示，近期日本富士山巖漿活動較為活躍，噴火口也比原來增加了6 倍多，或許會像湯加火山一樣突然噴發(fā)。美國網(wǎng)友對黃石超級火山噴發(fā)的焦慮也占據(jù)了社交平臺的熱搜。中國氣象科學(xué)研究院氣候與氣候變化研究所祝從文研究員認(rèn)為，盡管湯加火山噴發(fā)能量巨大，火山灰、海嘯等會影響整個南太平洋地區(qū)，但無法引發(fā)全球其他地區(qū)的火山噴發(fā)。就理論而言，火山噴發(fā)與地震較為相似，可能會引起同一地質(zhì)帶的地質(zhì)運(yùn)動異常。然而，湯加火山與日本富士山、美國黃石火山類型不同，而且物理距離較遠(yuǎn)，地質(zhì)運(yùn)動異常的引發(fā)效應(yīng)難以成立。但是，如果仔細(xì)分析這三者的關(guān)系，它們之間也并非絕無關(guān)聯(lián)。美國《華盛頓郵報》在1 月24 日的報道中稱，湯加火山、富士山、美國黃石火山均處于環(huán)太平洋火山帶上，環(huán)太平洋火山帶是地球上火山活動最活躍的區(qū)域，也是太平洋板塊與其他板塊相互擠壓的地方，這里聚集了全球75%以上的活火山。美國地質(zhì)調(diào)查局的數(shù)據(jù)顯示，湯加火山是環(huán)太平洋火山帶上極度活躍的火山，處于太平洋板塊和印度洋板塊的擠壓邊緣，最近的一次大規(guī)模噴發(fā)就在2014 年，爆發(fā)頻率超過了環(huán)太平洋火山帶上的其他活火山。同時，西南太平洋板塊每年不斷向湯加—科瑪?shù)驴藣u弧移動，幅度最大的時候能夠達(dá)到24 厘米，是全球移動幅度最大的板塊。正是如此，這一區(qū)域是火山或地震頻發(fā)的區(qū)域，從1902 年至今，這一地區(qū)就發(fā)生了20 多起超大或特大地震。因此，湯加火山噴發(fā)是否會帶動環(huán)太平洋火山帶其他火山的噴發(fā)，尚需要科學(xué)論證，也并非全然不可能。

近年來，全球范圍內(nèi)大規(guī)模的超強(qiáng)地震及火山噴發(fā)活動屢見報端，引發(fā)了人們對于地球是否進(jìn)入地殼活躍期的猜測。對于這一問題，科學(xué)界尚無明確定論，還需要進(jìn)行不斷觀察和論證?！翱茖W(xué)美國人”網(wǎng)站認(rèn)為，地殼運(yùn)動活躍期的時間跨度極大，需要全面分析活躍期的運(yùn)動形態(tài)，僅憑近幾年的數(shù)據(jù)是無法得出“地球進(jìn)入地殼活躍期”的結(jié)論。從另一個角度看，因信息技術(shù)的發(fā)展，信息傳播能力不斷增強(qiáng)以及科學(xué)觀察手段不斷豐富，能夠讓普通人輕松獲得相關(guān)資訊，才會讓人感覺到近年來地震增多和火山噴發(fā)頻繁的錯覺，其實(shí)地震和火山一直都很活躍。

火山噴發(fā)如何影響氣候

火山噴發(fā)的影響是多方面的，在科技不發(fā)達(dá)的時代，火山大噴發(fā)可能會引發(fā)文明的毀滅。如公元79 年意大利那不勒斯東海岸維蘇威火山大噴發(fā)，使得繁華的龐貝城和斯坦比伊城瞬間毀滅。當(dāng)然，火山噴發(fā)對氣候的影響速度并不會如此之快，但會影響氣候的走向。7.5萬年前印尼蘇門答臘島上的托巴（Toba）超級火山大爆發(fā)，噴發(fā)指數(shù)達(dá)到了8 級，產(chǎn)生了2800 立方千米的物質(zhì)。地質(zhì)資料顯示，此次火山灰的沉積范圍向西一直到印度次大陸和阿拉伯海，向東北方向飄到了相距1500千米的中國南海?？茖W(xué)家們認(rèn)為，托巴火山噴發(fā)后導(dǎo)致全球進(jìn)入了長達(dá)6 年的無夏期，在這些年份里全球平均氣溫下降了5℃，在中高緯度地區(qū)降溫幅度甚至超過了10℃。而美國羅格斯大學(xué)火山專家艾倫·羅伯克通過數(shù)據(jù)模擬認(rèn)為，部分高緯度地區(qū)降溫可達(dá)15℃。20 世紀(jì)70 年代，科學(xué)家在格陵蘭島冰芯里發(fā)現(xiàn)了此次火山噴發(fā)的沉積物，地球在這次火山噴發(fā)后進(jìn)入長達(dá)千年的低溫時期，深刻改變了地球上的生命進(jìn)化過程，使得北半球超過75%的植物死亡，人口數(shù)量也減少了3 萬余，差點(diǎn)陷入滅絕的境地。盡管此次火山噴發(fā)對人類數(shù)量減少的影響還存在較大的爭議，但地質(zhì)史上超強(qiáng)的火山噴發(fā)行為確實(shí)對進(jìn)化造成了巨大的影響。

火山噴發(fā)對氣候的影響并不是通過火山灰，因?yàn)榛鹕交彝ǔＪ禽^大的顆粒，很快可以通過干濕過程進(jìn)行沉降?；鹕絿姲l(fā)會釋放出大量的二氧化硫，在強(qiáng)能量的影響下，二氧化硫很快能夠到達(dá)平流層，能夠在較短的時間內(nèi)（一般是1～2 個月）形成硫酸氣溶膠。氣溶膠會在平流層環(huán)流的推動下傳到世界各地，但因平流層環(huán)流比較穩(wěn)定，氣溶膠會在平流層內(nèi)存續(xù)較長的時間（通常是1 年及1 年以上），由此阻擋了太陽輻射，引發(fā)地面溫度的降低。超強(qiáng)的火山活動導(dǎo)致的影響會更長，如通過影響高緯度地區(qū)的冰雪面積，從而觸發(fā)冰雪反照率—輻射的正反饋機(jī)制，或是通過影響植被狀況，引發(fā)光合作用的變化，從而對地球氣候變化造成更強(qiáng)的影響。

正是因?yàn)榛鹕綄Φ厍驓夂蜃兓軌虍a(chǎn)生直接影響，此次湯加火山噴發(fā)后，有人提出通過人為誘發(fā)火山噴發(fā)來抵消全球氣候變暖的影響。從歷史上看，很多火山噴發(fā)確實(shí)會導(dǎo)致地球平均氣溫下降。例如，1783 年冰島的納基火山噴發(fā)，使得1783—1784 年兩年的冬天異常寒冷；1815 年印尼的坦博拉火山噴發(fā)，引發(fā)了整個北半球的氣候?yàn)?zāi)難，甚至在中國南方地區(qū)出現(xiàn)了“六月飛雪”的異象；1991 年菲律賓的皮納圖博火山噴發(fā)，幾個月后全球平均氣溫大約下降了0.5℃。雖然火山噴發(fā)會導(dǎo)致地球氣溫下降，進(jìn)入平流層的氣溶膠會將更多的陽光反射回去，從而對大氣層產(chǎn)生冷卻效應(yīng)。值得注意的是，如果人為誘發(fā)火山噴發(fā)，通過氣溶膠來反射陽光從而冷卻大氣層，但還必須要考慮進(jìn)入平流層中二氧化硫的量。美國海洋和大氣管理局（NOAA）衛(wèi)星監(jiān)測數(shù)據(jù)顯示，截至2022 年1 月底，湯加火山噴發(fā)所產(chǎn)生的二氧化硫約為98 萬噸。曾經(jīng)導(dǎo)致全球平均氣溫下降0.5℃的皮納圖博火山噴發(fā)向平流層釋放了約2000 萬噸的二氧化硫，由此而言，要通過火山噴發(fā)達(dá)到地球平均氣溫下降的效果，必須要釋放出更多的二氧化硫。如果從這個角度看，湯加火山噴發(fā)并不會對全球平均氣溫變化造成影響。

火山噴發(fā)的確能夠?qū)е碌厍蚱骄鶜鉁叵陆担ㄟ^人工誘發(fā)火山噴發(fā)來達(dá)到這一效果不具有可行性。中國社會科學(xué)院生態(tài)文明研究所陳迎研究員認(rèn)為，如果沒有節(jié)能減排的支撐，僅僅依靠太陽輻射干預(yù)，肯定無法解決氣候變化問題。即便是這種方法可行，也會導(dǎo)致嚴(yán)重的海洋酸化問題，會引發(fā)其他的不確定風(fēng)險，如改變降水分布、導(dǎo)致海洋生物多樣性減少等。浙江大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院曹龍教授認(rèn)為，通過太陽輻射干預(yù)的方法，如向平流層釋放二氧化硫或是增加海洋和陸地表面的反照率等，這些方法的主要作用是增加地球—大氣系統(tǒng)的反照率，減少太陽輻射到達(dá)大氣層及地面，從而起到冷卻大氣層的效果。但是，太陽輻射干預(yù)難以在全球或區(qū)域范圍內(nèi)完全冷卻大氣層，畢竟不是所有區(qū)域都有火山，也不是所有的火山均能夠在人為誘導(dǎo)下噴發(fā)，而且當(dāng)前對氣溶膠反輻射過程的原理認(rèn)知還不夠清晰，對氣溶膠的冷卻潛力認(rèn)知依然存在不確定性。

火山噴發(fā)對全球氣候變化的影響是復(fù)雜的?；鹕絿姲l(fā)釋放出來的二氧化硫進(jìn)入平流層，形成了氣溶膠反射了太陽光，從而導(dǎo)致地球平均氣溫的下降。但問題是，地質(zhì)史上為何會有三疊紀(jì)和二疊紀(jì)時代的西伯利亞地盾火山噴發(fā)，造成了史無前例的溫室效應(yīng)，并讓恐龍占據(jù)了歷史舞臺；還有5800 萬年前的加拿大蘭格利亞火山噴發(fā)，赤道地區(qū)的溫度比現(xiàn)在還要高出5℃～10℃，從而誕生了泰坦巨蟒。這看起來是矛盾的，但卻是自然規(guī)律。火山噴發(fā)出來的氣溶膠對地球氣溫影響是短期的，只有數(shù)年。但火山噴發(fā)出來的二氧化碳影響是長期的，火山噴發(fā)的釋放物質(zhì)包括水蒸氣、二氧化碳、二氧化硫、硫化氫等，其中二氧化碳的比例較高，占10%～40%，水蒸氣的比例則在50%左右。二氧化碳是溫室氣體，其實(shí)水蒸氣也是，這兩種溫室氣體的影響會長達(dá)數(shù)十年甚至是數(shù)百年，像蘭格利亞火山這種規(guī)模的影響則可能會達(dá)到數(shù)萬年。因此，火山噴發(fā)對氣候的影響是復(fù)雜的，短期內(nèi)氣溫下降，長期內(nèi)氣溫上升。假如地球上的火山不斷噴發(fā)，長期內(nèi)地球平均氣溫肯定上升。盡管這個結(jié)果可能有些反常識，但事實(shí)上就是如此。

火山噴發(fā)與氣候變化的關(guān)系極其復(fù)雜

綜觀全球各型各類火山的分布，并非散漫無序，而是具有規(guī)則性的。地球可分為亞歐板塊、非洲板塊、美洲板塊、太平洋板塊、印度洋板塊和南極洲等六大板塊。按板塊學(xué)說的觀點(diǎn)，巖漿活動與巖石圈板塊的活動有著直接關(guān)系。地球淺表部分可以分為若干厚度約為100千米的大板塊，各板塊在其交接部分做相對運(yùn)動，一種是相互分離的運(yùn)動（發(fā)散）；一種是一個板塊往另一個板塊做輻合運(yùn)動（收斂）。火山活動或地震通常是發(fā)生在各板塊交接的地方，正是如此，全球火山模式是基于板塊理論建立起來的，大多數(shù)火山均分布在板塊交界處，少數(shù)火山分布于板塊內(nèi)。總體看，地球上已知的活火山主要集中在以下幾個地帶，即環(huán)太平洋火山帶、洋脊火山帶、地中?！《饶嵛鱽喕鹕綆?、紅海沿岸與東非火山帶。

環(huán)太平洋火山帶，南起南美洲的科迪勒拉山脈，在西北轉(zhuǎn)向后，通過阿留申群島、堪察加半島向西南延伸，穿過日本列島、臺灣島最后達(dá)到印度尼西亞群島，全長4 萬多千米，呈南向的環(huán)形構(gòu)造。這一火山帶有活火山521 座，占到了全球活火山的75%，且主要集中于北美、堪察加半島、日本、菲律賓和印尼，其中印尼境內(nèi)的活火山達(dá)到129 座，集中于蘇門答臘和爪哇島。日本學(xué)者的研究顯示，全球有1551 座活火山，其中日本境內(nèi)有110座（占7.1%），可以說日本是居住在火山上的國家，不僅遭遇極端天氣氣候事件和全球變暖的影響，還面臨地震與火山噴發(fā)的危險。

洋脊火山帶呈“W”形分布，從北極盆穿過冰島，延伸到南大西洋，這一段與大西洋的兩岸海岸線并行。然后，再向南轉(zhuǎn)向到非洲南端與印度洋中脊相連，印度洋中脊向北延伸到非洲大陸北段和東非大裂谷相連。另一段向南繞過澳大利亞東去，與太平洋中脊椎南端相連，向北又延伸到北極海域。這一“W”形圖案是全球最長的大洋裂谷，長度達(dá)到8 萬千米。這一火山帶的火山多是海底火山，因在海底噴發(fā)，不太容易被發(fā)現(xiàn)。這一火山帶中火山最多的區(qū)域是冰島，冰島火山約有200 座，其中活火山30 座，堪稱火山島。紅海沿岸與東非火山帶主要集中在三個區(qū)域：一是烏干達(dá)—盧旺達(dá)—扎伊爾邊界的西裂谷帶；二是埃塞俄比亞埃爾塔火山和阿夫代拉火山；三是坦桑尼亞納特龍湖南邊的倫蓋火山。地中?！《饶嵛鱽喕鹕綆c環(huán)太平洋火山帶有所交叉，這一火山帶共有活火山70 多座，其中地中海沿線共有13 座，其余均集中在印度尼西亞的加拉曼丹島、蘇拉威西島和菲律賓的棉蘭老島、呂宋島。

火山噴發(fā)指數(shù)（VEI）用于描述火山活動烈度?；鹕交顒赢a(chǎn)生影響的強(qiáng)弱與地震烈度概念相當(dāng)，但尚無成熟的一致性烈度指標(biāo)。有的用爆發(fā)指數(shù)來表示火山烈度；也有僅以噴出物（氣體不計算在內(nèi)）體積來劃分的；有的分為大中小三等（夏威夷式、伏爾坎寧式和普林尼式）；也有分為從零度到九度十個等級和一度到八度共8 個等級，包含超普林尼式。日本學(xué)者高橋正樹將火山噴發(fā)分為兩大類，即山體噴火和破局噴火。所謂山體噴火可以形象地比擬成巖漿透過水管載體到達(dá)水龍頭之后噴發(fā)出來，相當(dāng)于VEI 為1～6 級別，相對來說災(zāi)害的危害并不特別大。而破局噴火類似整個儲水槽直接被炸開來，相當(dāng)于VEI 為7～8 級，甚至更大的等級，對大自然、對周圍環(huán)境可造成毀滅性災(zāi)難。

強(qiáng)火山噴發(fā)的含硫化合物能上升到穩(wěn)定的大氣平流層，并在半年至一年后逐漸轉(zhuǎn)化成硫酸鹽氣溶膠，并在干燥的平流層停留2～3 年，這部分氣溶膠產(chǎn)生的“陽傘”效應(yīng)能吸收和反射一部分太陽輻射，減少到達(dá)地面的陽光，達(dá)到制冷的效果，并使得蒸發(fā)減弱，全球平均氣溫下降?；鹕交顒油ㄟ^改變輻射強(qiáng)度還會對海溫等緩變的下墊面異常造成影響，并通過間接途徑影響全球氣候。降溫的影響只是短期的。

地球上火山排放的二氧化碳盡管不會比人類活動還多，但火山噴發(fā)也可以引發(fā)森林大火。如2019—2020 年澳大利亞林火排放的二氧化碳達(dá)4 億噸，占全球全年人類排放的1%。2010 年，人類活動產(chǎn)生350 億噸二氧化碳排放量，2020 年為400 億噸。全球火山二氧化碳排放的所有研究都表明，目前地下和海底火山釋放的二氧化碳不到人類活動釋放的1%，人為二氧化碳排放量是全球火山二氧化碳年排放量最大值和最小值分別估計值的80～270 倍。1980 年圣海倫斯火山噴發(fā)僅用了9 個小時就將大約1000 萬噸的二氧化碳排放到大氣中。然而，目前人類只需要2.5 小時就可以釋放出相同的數(shù)量。

火山活動是引起全球氣候異常，使得全球平均溫度降低、降水減少。VEI 越大，對氣候的影響范圍和程度就越大，VEI 每上升一個等級，影響范圍和程度放大10 倍。熱帶火山噴發(fā)后火山氣溶膠會擴(kuò)散到南北半球；南半球火山噴發(fā)產(chǎn)生的硫酸鹽氣溶膠主要局限在南半球；北半球和熱帶火山噴發(fā)5～10 個月后，赤道太平洋上空出現(xiàn)明顯的類似厄爾尼諾現(xiàn)象的海溫異常。

強(qiáng)火山爆發(fā)導(dǎo)致極端天氣氣候事件發(fā)生的概率增加。1815 年印度尼西亞坦博拉火山爆發(fā)后，在美國新英格蘭，整個夏天氣溫偏低，糧食和蔬菜作物遭受巨大損失；在歐洲，從愛爾蘭經(jīng)英格蘭直到波羅的海沿岸各國，從5 月至10 月氣溫很低，造成了農(nóng)作物大面積減產(chǎn)。1991 年菲律賓皮納圖博火山爆發(fā)后，北半球許多中高緯地區(qū)次年一二月出現(xiàn)了異常暖冬天氣，我國北方大部分地區(qū)夏秋氣溫持續(xù)偏低，造成棉花、玉米、大豆等糧食作物普遍減產(chǎn)。

針對近期湯加火山爆發(fā)、日本櫻花火山爆發(fā)、我國臺灣龜山島地下火山“冒煙”等現(xiàn)象，需要高度關(guān)注環(huán)太平洋帶火山異?；顒訝顩r，加強(qiáng)活火山監(jiān)測研判與應(yīng)急防御措施的能力建設(shè)，加強(qiáng)火山噴發(fā)與防災(zāi)減災(zāi)相關(guān)知識的科學(xué)傳播與普及，加強(qiáng)火山噴發(fā)對全球氣候及我國氣候異常的影響研究。同時，預(yù)測可能的降溫效應(yīng)與全球變暖趨勢的綜合作用，尤其是對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、交通運(yùn)輸、疫情防控和人民生活等產(chǎn)生的一系列不利影響。鑒于目前火山爆發(fā)對氣候的影響仍是一個較為復(fù)雜的前沿科學(xué)問題，特別是對我國氣候的影響方面尚無清晰的結(jié)論。因此，建議整合資源，加強(qiáng)火山噴發(fā)相關(guān)科學(xué)研究與氣候影響分析評估研究，為相關(guān)部門制定應(yīng)對決策提供科技支撐。