湯加火山噴發(fā)，攪動半個地球

◆本刊綜合

圖1 1月14日下午5點14分，湯加地質(zhì)服務(wù)局觀測到的洪阿哈阿帕伊島火山噴發(fā)時的情境（圖/ Taaniela Kula）

策劃人語：

火山噴發(fā)是地球釋放能量的方式之一。地球上的火山多出現(xiàn)在地殼中的斷裂帶，呈不均勻分布。目前，地球上已知的“死火山”約2000座，已知的“活火山”約523座，其中陸地火山約455座，海底火山約68座。很多時候，海底火山噴發(fā)只發(fā)生在海面以下，并未引起人們的關(guān)注。

海底火山Hunga Tonga位于南太平洋島國湯加境內(nèi)，北京時間2022年1月15日12點10分，這座海底火山繼14日開始噴發(fā)后再次發(fā)生劇烈噴發(fā)。這場“史詩級”的火山噴發(fā)導(dǎo)致當(dāng)?shù)鼐W(wǎng)絡(luò)完全中斷，約1萬千米之外的美國阿拉斯加也能聽到火山噴發(fā)時發(fā)出的“咆哮聲”，罕見的“火山海嘯”更是拉響了太平洋沿岸多國的海嘯預(yù)警。這場攪動半個地球的湯加海底火山噴發(fā)的威力究竟有多大？是否會對全球氣候造成影響？

——方郁芝 秦銀銀

火山噴發(fā)的類型

火山噴發(fā)的類型取決于地殼厚薄、巖漿成分、地下巖漿庫內(nèi)的壓力、火山通道的形狀以及海底噴發(fā)和陸地噴發(fā)條件等。一般來說，火山噴發(fā)主要分為裂隙式噴發(fā)和中心式噴發(fā)兩種。

裂隙式噴發(fā)

巖漿通過地殼中狹長線狀深斷裂溢出地表，一般沒有爆炸現(xiàn)象，流出物主要為基性玄武巖熔漿，冷凝后形成厚度相當(dāng)穩(wěn)定、覆蓋面積較大的熔巖被。

歷史上出現(xiàn)的多次裂隙式噴發(fā)活動都處于大陸殼較薄或大陸板塊比較活躍的時期，如二疊紀(jì)時我國西南云、貴、川交界地帶噴發(fā)面積廣泛的峨眉玄武巖。目前，裂隙式噴發(fā)在大洋中脊較為普遍，冰島正好位于大西洋中脊之上，所以在冰島當(dāng)前還能看到裂隙式噴發(fā)活動，因此這種噴發(fā)類型又名“冰島式”噴發(fā)類型。

圖2 冰島首都雷克雅未克附近的一座火山持續(xù)噴發(fā)紅色巖漿（圖/人民網(wǎng)）

中心式噴發(fā)

巖漿沿一定的管形通道噴出地表，熔巖覆蓋面積較小，是現(xiàn)代火山活動最主要的類型。中心式噴發(fā)按噴發(fā)劇烈程度不同可分為寧靜式、中間式和爆烈式等。

寧靜式又稱為夏威夷型，以夏威夷諸火山為代表?；鹕絿姲l(fā)時只有大量熾熱的熔巖從火山口靜靜地溢出，溢出的物質(zhì)以基性熔漿為主，熔漿溫度較高、黏度小、易流動。因含氣體較少且無爆炸現(xiàn)象，有一定的觀賞性。

圖3 意大利斯特龍博利火山的熔巖流淌（圖/新華社/路透）

中間式屬于寧靜式和爆烈式噴發(fā)之間的過渡型，該類型以中基性熔漿噴發(fā)為主。即便出現(xiàn)爆炸其威力也不大，可連續(xù)數(shù)月甚至數(shù)年長期平穩(wěn)地噴發(fā)，并以伴有間歇性的噴發(fā)為特征。位于意大利西西里島北部利帕里群島上的斯特龍博利火山就是其中的代表。

爆烈式即火山噴發(fā)時產(chǎn)生猛烈的爆炸，同時噴出大量的氣體和火山碎屑物質(zhì)，噴出的熔漿以中酸性熔漿為主。

湯加火山噴發(fā)的原因及危害

湯加是一個由173個島嶼組成的國家，陸地面積747平方千米，海洋專屬經(jīng)濟(jì)區(qū)面積70萬平方千米，此次噴發(fā)的湯加火山位于環(huán)太平洋“火環(huán)”地帶的西南端。

環(huán)太平洋“火環(huán)”又稱環(huán)太平洋火山地震帶，是一個圍繞太平洋頻繁發(fā)生地震和火山噴發(fā)的地帶，全長約四萬千米，呈馬蹄狀。全球90%的地震、81%的大地震以及75%的火山噴發(fā)都發(fā)生在環(huán)太平洋“火環(huán)”地帶。

“地球第二深”的湯加海溝位于湯加群島北端，深度達(dá)10 882米，是巖漿、火山和地震活動比較活躍的地方。湯加多島嶼，地質(zhì)構(gòu)造較為活躍，作為湯加—克馬德克群島火山弧的一部分，地震、火山噴發(fā)時有發(fā)生。此外湯加處于太平洋板塊與大洋洲板塊交界處，板塊互相碰撞俯沖，也是引起火山噴發(fā)和地震等地質(zhì)災(zāi)害的重要因素之一。

圖4 遙控?zé)o人潛水器在“世界第一深”的馬里亞納海溝發(fā)現(xiàn)多處罕見“海底花園”（圖/新華社）

此次湯加火山為海溝火山噴發(fā)。該火山隱藏在海底的部分高約1800米，寬約20千米，巨大的海底火山頂著長度約2千米的兩個小島，于2014年12月的一次噴發(fā)后在這兩個島嶼之間形成一個山頂塌陷的火山口，被稱為“破火山口式”火山。

圖5 2022年1月7日和2022年1月15日湯加火山口及周邊島嶼的衛(wèi)星影像對比圖 （圖/ Planet Labs）

破火山口火山的巖漿體系通常噴發(fā)規(guī)模較大、周期長，需先經(jīng)歷一系列小型噴發(fā)，直到地下的巖漿積攢到能產(chǎn)生一次劇烈噴發(fā)，巖漿庫在短時間內(nèi)噴出大量巖漿，因無法承受山頂上巖石的重量，最終使山頂塌陷形成破火山口。

新西蘭奧克蘭大學(xué)教授及合作者通過對湯加火山噴落到數(shù)十千米的火山灰進(jìn)行碳-14定年分析，這次噴發(fā)的湯加火山距離上一次劇烈噴發(fā)的時間有近1000年。

據(jù)衛(wèi)星觀測顯示，此次湯加火山大規(guī)模噴發(fā)，火山灰、蒸汽和氣體從海底穿過四五千米到達(dá)地表，噴發(fā)出的大片火山灰和氣體像一朵巨大的蘑菇云，從藍(lán)色的太平洋海域升至20多千米的高空。隨后，引發(fā)了一次5.8級的地震和罕見的大范圍海嘯，致使連接湯加與外界的重要海底電纜被切斷，噴發(fā)產(chǎn)生的大量火山灰也給當(dāng)?shù)赝ㄐ旁斐蓢?yán)重干擾，致使湯加通信中斷，全國上下處于失聯(lián)狀態(tài)。

海底火山噴發(fā)產(chǎn)生的大量氣體主要包含來自地球深處的水蒸氣、二氧化碳、二氧化硫及一些揮發(fā)性物質(zhì)，大量火山碎屑物質(zhì)及熾熱的熔巖噴出，在空中冷凝為火山灰、火山彈以及火山碎屑，對水資源、生物圈、大氣圈等多圈層的環(huán)境都將造成較大影響。

此外，火山噴發(fā)引發(fā)的越洋海嘯波及范圍遠(yuǎn)至4000千米，太平洋沿岸的秘魯、智利、日本、美國、澳大利亞和新西蘭等國都監(jiān)測到了明顯的海嘯波，多國相繼發(fā)出海嘯警報。

然而，這場災(zāi)難帶來的影響遠(yuǎn)不止這些，火山噴發(fā)的間歇性可能會持續(xù)數(shù)周或數(shù)月之久。此次火山噴發(fā)除了對自然環(huán)境產(chǎn)生影響，還可能導(dǎo)致湯加國土面積發(fā)生改變。如果后續(xù)還有強烈的火山噴發(fā)，孤立的火山活動島嶼可能會連在一起，或使原有的陸地被破壞甚至消失。

圖5 位于美國加州紐波特海灘，海嘯預(yù)警發(fā)布后關(guān)閉的碼頭（圖/新華社/美聯(lián)）

如何評定火山噴發(fā)規(guī)模

此次湯加火山噴發(fā)是自1991年菲律賓皮納圖博火山（火山噴發(fā)指數(shù)VEI6級）噴發(fā)以來，地球上發(fā)生的最強的火山噴發(fā)。

火山噴發(fā)指數(shù)通常以VEI來表示，噴發(fā)強度根據(jù)噴發(fā)出的物質(zhì)體積可分為8級。火山噴發(fā)在7級以上稱為超級噴發(fā)，通常火山噴發(fā)級別處在2級甚至更小，指數(shù)為4~5級的火山噴發(fā)較為罕見。

VEI以噴發(fā)物（熔巖流、火山碎屑、火山灰）等的總體積、噴出氣柱的高度、噴發(fā)持續(xù)的時間來衡量。其中，噴發(fā)物的總體積是目前使用廣泛的VEI級數(shù)判定標(biāo)準(zhǔn)：小于1萬立方米屬于VEI 0級，超過1萬立方米屬于VEI 1級，達(dá)到100萬立方米屬于VEI 2級。之后VEI級數(shù)每升高一級，噴出物的總體積需提高10倍。

判斷火山噴發(fā)的規(guī)模與判斷地震規(guī)模并非采用同一標(biāo)準(zhǔn)。地震發(fā)生時，能量幾乎在地殼破裂的一瞬間完全釋放，因此可以立即測出地震的震級。火山噴發(fā)時也會伴有地震發(fā)生，能量會隨噴發(fā)物的噴出而逐漸釋放。

本次湯加火山噴發(fā)的規(guī)模和災(zāi)害效應(yīng)還需根據(jù)相關(guān)國家研究機(jī)構(gòu)的火山監(jiān)測數(shù)據(jù)分析結(jié)果來進(jìn)行判斷。

是否會對全球氣候造成影響

湯加火山噴發(fā)除了對該地區(qū)造成影響外，是否會對全球氣候產(chǎn)生影響？

專家依據(jù)湯加火山噴發(fā)的早期數(shù)據(jù)分析，如果湯加火山后期未再次發(fā)生更強烈的噴發(fā)，那么此次火山噴發(fā)對全球氣候的影響將十分有限。

火山噴發(fā)產(chǎn)生的火山灰不僅會威脅人類健康，影響通信、航空交通，還會影響氣候。大量的氣體和微粒被釋放到大氣中，根據(jù)火山噴發(fā)的強度和持續(xù)時間不同，對氣候影響的時間長短也有差異。

1991年6月，菲律賓皮納圖博火山噴發(fā)導(dǎo)致全球氣溫下降。該火山噴發(fā)的火山灰煙羽高達(dá)約34千米，所產(chǎn)生的火山灰和形成的硫酸氣溶膠在隨后的18個月內(nèi)使全球平均氣溫降低了約0.5攝氏度，全球平均溫度數(shù)年后才恢復(fù)到火山噴發(fā)之前的水平。

相關(guān)研究表明，火山噴發(fā)產(chǎn)生的二氧化硫氣體在直達(dá)平流層后，在較短時間內(nèi)形成硫酸氣溶膠，隨著平流層環(huán)流輸送到全球各處。由于平流層環(huán)流穩(wěn)定，所以硫酸氣溶膠會持續(xù)更長的時間，通過阻擋太陽輻射引起近地面溫度降低從而起到“陽傘”的作用。此外，火山噴發(fā)產(chǎn)生的二氧化硫氣體還可能導(dǎo)致附近地區(qū)酸雨的形成。

但是，要形成對全球氣候產(chǎn)生可識別的影響，至少需要數(shù)百萬噸以上的二氧化硫進(jìn)入平流層，而此次火山噴發(fā)預(yù)計有約40萬噸二氧化硫進(jìn)入平流層，這一數(shù)值還不足以對全球氣候產(chǎn)生影響。鑒于這次火山噴發(fā)可能會持續(xù)數(shù)周甚至數(shù)年，其產(chǎn)生的氣候影響還有待進(jìn)一步監(jiān)測和分析。

總而言之，大規(guī)?；鹕絿姲l(fā)對氣候的影響并不局限于全球溫度的變化，也會影響熱帶海溫分布狀態(tài)，還可能產(chǎn)生其他的環(huán)流影響?；鹕絿姲l(fā)將通過大氣海洋間的相互作用影響拉尼娜現(xiàn)象的發(fā)展趨勢，人們還需警惕與之相關(guān)的對流發(fā)展及次生暴雨等極端天氣。

如何開展氣象監(jiān)測與服務(wù)

圖6 1月15日風(fēng)云三號E星多通道合成圖顯示，湯加火山噴發(fā)時形成的火山灰蘑菇云紋理結(jié)構(gòu)清晰可見（圖/中國氣象局）

氣象部門通常會在火山噴發(fā)后，通過衛(wèi)星密切監(jiān)測火山灰的移動情況。

當(dāng)火山灰云遇上氣象云時，肉眼不易將兩者區(qū)分開，氣象部門借助紅外通道儀器將火山灰云從氣象云中篩選出來。因衛(wèi)星傳感器中特定的紅外通道對火山灰云中的酸性礦物顆粒非常敏感，當(dāng)用多個紅外通道掃視大氣時，能瞬間找出火山灰云。

氣象部門主要針對火山和火山下方的巖漿系統(tǒng)開展火山監(jiān)測，與地震監(jiān)測不同的是，人們知道火山的位置即可知道火山噴發(fā)的地點，能有針對性地布設(shè)監(jiān)測臺網(wǎng)。

火山噴發(fā)的前兆過程較長，對火山活動主要進(jìn)行三類監(jiān)測——地震監(jiān)測、地表形變監(jiān)測和火山氣體監(jiān)測。若地震較為頻繁，地表大幅度隆起或空氣中巖漿氣體含量異常升高，都需引起注意。

圖7 位于巴布亞新幾內(nèi)亞拉包爾的火山監(jiān)測設(shè)備 （圖/新華每日電訊 張建松攝）

火山大規(guī)模噴發(fā)，重現(xiàn)周期是以萬年為尺度來計算的——巖漿庫中的巖漿需要長時間的補給，才能“積累”出一次大規(guī)模噴發(fā)。我國現(xiàn)有的火山監(jiān)測技術(shù)已與國際接軌，但對軟件和人力資源的投入仍需加強，對火山監(jiān)測工作的重視仍需提高。