攪動(dòng)半個(gè)地球的湯加海底火山

王安逸

巨大的蘑菇云從海面上迅速升騰而起，海底火山爆發(fā)產(chǎn)生的沖擊波響徹天空。雖然許多湯加人之前就有火山爆發(fā)的心理準(zhǔn)備，但他們沒有想到這次的海底火山爆發(fā)會(huì)如此突然，如此猛烈……

湯加在哪里 湯加位于南太平洋，和澳大利亞的最短直線距離為3300多千米，其首都努庫阿洛法位于主島——湯加塔布島。

火山爆發(fā)全過程 2021年12月20日，位于湯加洪阿哈阿帕伊島的海底火山噴出火山灰。次日2時(shí)，火山噴發(fā)結(jié)束。這次短暫且溫和的噴發(fā)并沒有引起研究火山的科學(xué)家們的特別關(guān)注。2022年1月11日，湯加海底火山被認(rèn)定再次進(jìn)入休眠。然而，2022年1月14日該火山再次噴發(fā)，并于15日突然猛烈爆發(fā)。

當(dāng)天的爆發(fā)雖然只持續(xù)了8分鐘，卻成為30年來全球最猛烈的火山爆發(fā)之一（爆發(fā)指數(shù)5級），僅次于1991年菲律賓的皮納圖博火山爆發(fā)（指數(shù)6級）。

火山口在哪里 這次爆發(fā)的火山口，距離湯加主島65千米。這個(gè)島原本是兩個(gè)獨(dú)立的島嶼，其中一個(gè)叫洪阿湯加，另一個(gè)叫洪阿哈阿帕伊。2014年末，這兩座島下方的火山口噴發(fā)出的大量巖漿將兩座島嶼連成了一座島。截至2022年1月15日的噴發(fā)結(jié)束時(shí)，遺留的火山口最頂端距離海面700米，直徑6～7千米。

湯加消失了嗎 據(jù)估算，此次最猛烈的一次爆發(fā)釋放的能量相當(dāng)于1000顆廣島原子彈當(dāng)量。在如此強(qiáng)大的爆發(fā)下，湯加是否消失了呢？沒有。但洪阿湯加-洪阿哈阿帕伊島的大部分陸地被火山活動(dòng)從海面上抹除，僅留下少量礁石。這次火山爆發(fā)給湯加主島帶來的影響主要是海嘯對沿岸地帶造成的破壞，以及火山灰對島上交通、通信和淡水供應(yīng)造成的影響。

強(qiáng)烈沖擊波響徹太平洋 除了湯加，一些泛太平洋國家也聽到了火山爆發(fā)產(chǎn)生沖擊波的巨響。15日下午，在距離湯加海底火山800千米的斐濟(jì)，一位居民在家中突然聽到外面?zhèn)鱽淼木揄?，一開始他還以為是打雷，但很快整棟房子開始震動(dòng)，門乒乓作響。

湯加海底火山上方島嶼（2014年底）

實(shí)際的火7a2ade504e72e507c6979e8ac0a4756b山口位于海面以下，且截面積巨大

火山爆發(fā)后，島嶼幾近消失

火山爆發(fā)產(chǎn)生的沖擊波在傳播了數(shù)百千米后威力依然可怕。美國阿拉斯加州安克雷奇及其周邊地區(qū)的居民在距離火山約9700千米處，聽到了一系列的爆炸聲，爆炸聲持續(xù)了30分鐘，而后續(xù)的低頻噪聲則持續(xù)了大約兩個(gè)小時(shí)。甚至連位于北極圈的加拿大育空地區(qū)都報(bào)告聽到了爆炸聲，沖擊波最遠(yuǎn)傳到了1.6萬千米之外的英國。

爆炸過后，海嘯接踵而至。海嘯波浪席卷湯加的所有島嶼。登陸島嶼的海嘯施展著摧枯拉朽的破壞力，橫掃其途經(jīng)的一切。

一名島上居民說，海底火山爆發(fā)時(shí)，她正在家中做晚飯，海水突然就涌入家中。她回憶：“地面震動(dòng)，我們的房子在搖晃。一波又一波的巨響和震動(dòng)接踵而來。我弟弟以為有炸彈在附近爆炸?！彼麄円患胰嘶琶μ映鑫萃猓瑪?shù)分鐘后，她的屋子就完全淹沒在海水中，她鄰居的屋子則轟然倒塌。當(dāng)時(shí)周圍滿是人們的尖叫聲，人們聲嘶力竭地高喊：“快向高處跑！”

島上民眾被迫轉(zhuǎn)移到地勢較高處，湯加全國的通信設(shè)施遭到全面破壞，與外部連通的海底電纜也遭到破壞。很快，湯加就徹底失聯(lián)。

受火山灰和海嘯影響，島上的淡水大量被污染。當(dāng)局號召民眾喝瓶裝水，并戴上口罩以避免火山灰進(jìn)入肺部——火山灰顆粒的邊緣極為鋒利，細(xì)顆粒的火山灰被吸入肺部后會(huì)對肺產(chǎn)生不可逆的損傷，或引發(fā)肺纖維化等一系列問題?；鹕交抑羞€含有二氧化硫，溶于水會(huì)形成有毒的硫酸。

湯加海底火山噴發(fā)后，其引發(fā)的海嘯波浪先后抵達(dá)澳大利亞、新西蘭、日本以及北美和南美的西海岸。海嘯在火山噴發(fā)5個(gè)小時(shí)后抵達(dá)新西蘭，約10小時(shí)后到達(dá)阿拉斯加;日本部分地區(qū)出現(xiàn)了近3米高的海浪;在秘魯，有兩人死于海嘯波浪。

海嘯波浪的破壞力遠(yuǎn)非普通波浪可以比擬。普通波浪上岸后，頂多向前運(yùn)動(dòng)15秒就會(huì)返回大海;而沖擊澳大利亞沿岸的海嘯波浪向岸上持續(xù)移動(dòng)了15分鐘，然后又過了15分鐘才完全返回大海，造成了混亂和巨大損失。

為什么湯加海底火山噴發(fā)產(chǎn)生的海嘯波浪跨越重洋，在南美等國家沿岸登陸后，依然能夠造成不同程度的破壞呢？

湯加海底火山爆發(fā)引發(fā)的海底滑坡和海面氣壓變化，是造成海嘯的兩大原因。海嘯的波長長達(dá)數(shù)百千米，波長越長越不容易受海底表面凹凸或障礙物影響，因此傳播距離也越遠(yuǎn)。當(dāng)海嘯波到達(dá)沿岸地區(qū)時(shí)速度會(huì)降低，后續(xù)的海嘯波不斷追上前方的海嘯波。就這樣，一個(gè)個(gè)海嘯波疊加在一起，達(dá)到岸邊時(shí)就形成了動(dòng)輒十米高的海嘯巨浪。

海嘯席卷湯加

為什么這其中沒有中國的海嘯報(bào)告？其實(shí)，中國的海事監(jiān)測部門第一時(shí)間就監(jiān)測到了湯加海底火山引發(fā)的海嘯波，但是海嘯波到達(dá)中國時(shí)只引起了20厘米高的浪潮。

湯加海底火山坐落于環(huán)太平洋火山—地震帶上，曾在2009～2021年間多次小規(guī)模噴發(fā)。

湯加海底火山需要900～1000年才能充滿巖漿，因此這次火山爆發(fā)被形容為千年一遇。隨著大量巖漿冷卻并結(jié)晶，巖漿內(nèi)部會(huì)積累大量氣體，導(dǎo)致巖漿內(nèi)部壓力逐漸升高，巖漿也變得不穩(wěn)定。這就好像一瓶香檳酒。香檳是一種氣泡酒，在灌裝香檳時(shí)工人會(huì)向瓶中加入白砂糖，讓酵母在瓶中二次發(fā)酵，產(chǎn)生氣體從而讓香檳酒起泡。如果糖加多了，瓶內(nèi)氣壓過高，那么瓶塞就會(huì)被彈射出去。類似的過程也發(fā)生在海底火山內(nèi)部。

既然火山位于海底，那么為什么海水沒能阻止火山噴發(fā)呢？冰島等國家也有海底火山，一般情況下，它們的巖漿都是緩慢流出的。巖漿外部有一層水蒸氣將高溫巖漿和低溫海水隔絕開來，巖漿會(huì)在海水中安靜地慢慢變涼。然而，如果巖漿內(nèi)部壓力很大，噴發(fā)的速度過快，高溫巖漿沖破水蒸氣，直接與冰冷的海水接觸，那么受巖漿高溫加熱而快速汽化的海水會(huì)瞬間爆炸。巖漿被爆炸撕裂，高溫的內(nèi)部再次暴露于冰冷的海水中，從而引發(fā)連鎖爆炸。這種因高溫物體和低溫物體充分接觸而產(chǎn)生的連鎖爆炸過程，被稱為“燃料-冷卻劑相互作用”。核電站反應(yīng)堆的爐心熔解后，高溫的爐心物質(zhì)與低溫的冷卻水接觸，也會(huì)產(chǎn)生類似的連鎖爆炸。

高溫巖漿和低溫海水接觸，引發(fā)連鎖爆炸

佚名編撰的《宋史全文》卷三五中記錄下了這樣一句話：“寶佑五年（1258年）西湖冰合?！倍潭處讉€(gè)字，讓讀過的人在腦海中構(gòu)想出杭州西湖湖面完全凍結(jié)的空前景象，并為之深深震撼。是什么讓位于江南的杭州西湖完全結(jié)冰？答案可能是因1257年印度尼西亞的薩拉馬斯火山爆發(fā)所導(dǎo)致?；鹕絿姲l(fā)引起了后續(xù)一段時(shí)間全球平均氣溫下降，并導(dǎo)致夏季消失，冬季更冷，這被稱為“無夏之年”。

一般規(guī)模的火山噴發(fā)，噴發(fā)出的火山物質(zhì)大多數(shù)停留在對流層。對流層的空氣運(yùn)動(dòng)活躍，火山物質(zhì)最多只停留數(shù)月，就會(huì)被降水帶至地表。然而，一些猛烈爆發(fā)的火山能將火山物質(zhì)拋射到更高的平流層。如果火山物質(zhì)進(jìn)入這個(gè)大氣區(qū)域，那么它們就能在此長期停留，并反射太陽光，從而使全球氣溫降低。最近的一次影響全球氣溫的火山噴發(fā)是1991年的菲律賓皮納圖博火山噴發(fā)，它向平流層輸送了約2000萬噸二氧化硫，導(dǎo)致全球平均氣溫下降了0.6℃。

一部分火山灰上升到了平流層

湯加海底火山的噴發(fā)柱將大量火山物質(zhì)噴射到平流層中，一些人猜測這會(huì)導(dǎo)致另一個(gè)無夏之年。但有計(jì)算表明，湯加海底火山噴發(fā)向平流層注入的大約40萬噸二氧化硫不足以產(chǎn)生任何全球降溫效應(yīng)，但可能在南半球產(chǎn)生降溫作用，導(dǎo)致冬季略微降溫。生活在南半球的人們可以在噴發(fā)幾個(gè)月后看到紫色的日落。

但湯加海底火山噴發(fā)真的不會(huì)對氣候產(chǎn)生影響嗎？這個(gè)問題的回答并非絕對。

湯加火山爆發(fā)后，科學(xué)家借助衛(wèi)星數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)大氣中出現(xiàn)了一圈圈不尋常的漣漪紋樣。先前的所有火山噴發(fā)都沒有出現(xiàn)過類似的漣漪，這種漣漪具體是如何形成的？

這種漣漪由數(shù)十個(gè)大小不等的同心圓構(gòu)成，其中每一個(gè)圓形都代表了在大氣中快速移動(dòng)的波，最大漣漪的半徑達(dá)1.6萬千米！這些波從海面一直延伸到大氣的電離層。氣象學(xué)家解釋說，這些波名為大氣重力波，只有大氣受到垂直而非水平擾動(dòng)時(shí)才會(huì)產(chǎn)生大氣重力波。

大氣重力波

雖然湯加火山的猛烈爆炸過程短暫，但它對大氣產(chǎn)生的影響卻是持久且復(fù)雜的。大氣重力波會(huì)干擾熱帶地區(qū)風(fēng)向的周期變化，未來一段時(shí)間內(nèi)，包括歐洲在內(nèi)的許多地區(qū)氣候還是會(huì)受到影響。

每年地球上發(fā)生的火山噴發(fā)事件，約有80%來自海底火山。海底火山會(huì)定期噴發(fā)，由此造就的新地質(zhì)結(jié)構(gòu)成為深海生物的棲息地。2009年，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)了迄今最深的海底火山噴發(fā)事件，這座也位于湯加附近的深?；鹕矫麨槲黢R塔火山，其噴發(fā)位置距離海平面1219米。

海底火山的發(fā)育過程1.海床裂開，巖漿涌出2.海底火山噴發(fā)，形成火山口3.火山口不斷上升，來到海面并形成島嶼

一些海洋學(xué)家估計(jì)，僅在太平洋海底就可能有多達(dá)100萬座火山——大約是陸地火山總量的750倍。就連全世界最大的火山也位于海底。在日本東部的太平洋海域海底，坐落著全球最大的火山（死火山）——大塔穆火山。這座巨型海底火山的總面積為31萬平方千米，約等于山東和山西兩省地域的總面積之和。

海山遍布整個(gè)海洋，地幔中的巖漿上升到海山頂部就會(huì)噴發(fā)。噴發(fā)和硬化的熔巖或巖漿形成新的海底物質(zhì)。在大洋板塊交接地帶，有被稱為洋中脊的結(jié)構(gòu)，巖漿從洋中脊中不斷涌出，形成新的洋殼。洋中脊也是海底火山和地震的活躍區(qū)域。洋中脊火山噴出的熔巖比地球上其他火山噴出熔巖的總和多得多。

當(dāng)海底火山的巖漿和冷水混合后，會(huì)形成海底熱液噴泉?？茖W(xué)家直到1979年才首次發(fā)現(xiàn)這些高溫噴泉，它們滋養(yǎng)著許多深海生物的生命?？茖W(xué)家迄今已經(jīng)在這類噴口附近發(fā)現(xiàn)了500多種新物種，其中包括不需要陽光就能合成有機(jī)物的化能合成自養(yǎng)生物。

如果海底火山噴發(fā)時(shí)火山口留下的地質(zhì)結(jié)構(gòu)能夠一直延伸，突破海面，就會(huì)成為火山島。在夏威夷群島，一個(gè)年輕的海底火山正在不斷朝海面進(jìn)發(fā)，科學(xué)家預(yù)計(jì)，5萬年后它將突破海面，形成一個(gè)新的火山島。

此次湯加海底火山爆發(fā)總共造成3人死亡，9萬多人受災(zāi)，無數(shù)房屋、道路等建筑設(shè)施損壞。如果類似規(guī)模的火山爆發(fā)發(fā)生在西北太平洋沿岸等人口稠密地區(qū)，那么造成的后果將不堪設(shè)想。

從湯加的火山噴發(fā)歷史看，該地區(qū)每1000年會(huì)有一次大型火山噴發(fā)，而上一次大型噴發(fā)剛好是在1000多年前。湯加海底火山目前已經(jīng)停止活動(dòng)，但它是否在為下一次大爆發(fā)蓄積能量呢？

我國最早的關(guān)于火山的文字記錄來自《山海經(jīng)據(jù)》，其中記載了山西大同的昊天寺坐落的火山在北魏時(shí)期（公元5 年）噴發(fā)的景象?！秾幑潘浡浴分袆t記載了東北五大連池火山猛烈噴發(fā)的景象：“火沖天，其聲如雷，晝夜不絕，聲聞五六十里，其飛出者皆黑石硫磺之類，經(jīng)年不斷…… 熱氣逼人三十余里?！?951 年，新疆昆侖山中部地區(qū)火山連續(xù)噴發(fā)了好幾個(gè)晝夜，最終火山口在地面留下了一座高145 米的地質(zhì)結(jié)構(gòu)。

湯加海底火山噴發(fā)后，我國也展開了衛(wèi)星調(diào)查。根據(jù)我國自然資源部1 月18日發(fā)布的“高分一號B 衛(wèi)星” 遙感圖像，洪阿哈阿帕伊島周邊幾十千米的海域漂浮著大量紅色、褐色的浮石條帶，條帶最長達(dá)10 多千米。

火山浮石內(nèi)部有大量由氣泡撐開的孔洞，氣泡的體積占浮石總體積的70% 以上。在表面張力的作用下，海水會(huì)在孔洞口形成水膜而無法進(jìn)入孔洞，因此這種浮石能漂浮在海面上。浮石能成為生物在島嶼、海洋和大陸之間移動(dòng)的天然筏，但浮石也會(huì)被海洋魚類當(dāng)成食物吞下，造成大量魚類死亡。

浮石也是一種工業(yè)原料。浮石多孔疏松的結(jié)構(gòu)使其被用作過濾器、干燥器和磨料。如果將浮石顆粒作為混凝土的骨料，則能使成型的混凝土具有更好的隔熱、隔音效果。

火山浮石

在美國阿拉斯加以西的阿留申群島，高靈敏的監(jiān)聽設(shè)備記錄下了這里80 多座活火山近年來的每一次爆炸和震動(dòng)。2017年，阿留申群島的一座海底火山噴發(fā)，在持續(xù)9 個(gè)月的火山活動(dòng)中，監(jiān)聽設(shè)備記錄下了一種低沉的奇怪旋律。之所以稱其奇怪，是因?yàn)樗貜?fù)了250 多次。

負(fù)責(zé)監(jiān)聽的美國科學(xué)家里昂斯對奇怪旋律的來源十分不解，直到他的同事發(fā)現(xiàn)了來自美國海軍官兵的一份日志。1908年，博格斯洛夫火山（同樣位于阿留申群島）爆發(fā)，當(dāng)時(shí)航行經(jīng)過該火山附近海域的一艘軍艦上的官兵不約而同地注意到，海面出現(xiàn)了一個(gè)巨大的半圓形穹頂。這個(gè)穹頂時(shí)而膨脹時(shí)而收縮，最終爆破，散發(fā)出大量煙霧。里昂斯想知道這些奇怪的旋律是否和這些巨大氣泡有關(guān)。通過建立模型，他發(fā)現(xiàn)海底火山爆發(fā)可以制造巨型氣泡，其直徑最大可達(dá)400 米。

里昂斯解釋說，“火山噴出的煙柱中的所有氣體和火山灰都留在水下，但它們終歸是要出來的。”神秘的低頻旋律則來自氣泡的漲縮循環(huán)?；鹕絿姲l(fā)出的泡泡一旦在水面破裂，其中有毒的硫化氫和二氧化硫等氣體進(jìn)入空氣，能毒死經(jīng)過附近的信天翁和海鷗等海鳥。

氣泡裹挾著巖漿上升到海面