湯加火山噴發，攪動半個地球

◆本刊綜合

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

策劃人語：

火山噴發是地球釋放能量的方式之一。地球上的火山多出現在地殼中的斷裂帶，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，海底火山噴發只發生在海面以下，并未引起人們的關注。

海底火山Hunga Tonga位于南太平洋島國湯加境內，北京時間2022年1月15日12點10分，這座海底火山繼14日開始噴發后再次發生劇烈噴發。這場“史詩級”的火山噴發導致當地網絡完全中斷，約1萬千米之外的美國阿拉斯加也能聽到火山噴發時發出的“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警。這場攪動半個地球的湯加海底火山噴發的威力究竟有多大？是否會對全球氣候造成影響？

——方郁芝 秦銀銀

火山噴發的類型

火山噴發的類型取決于地殼厚薄、巖漿成分、地下巖漿庫內的壓力、火山通道的形狀以及海底噴發和陸地噴發條件等。一般來說，火山噴發主要分為裂隙式噴發和中心式噴發兩種。

裂隙式噴發

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

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

圖2 冰島首都雷克雅未克附近的一座火山持續噴發紅色巖漿（圖/人民網）

中心式噴發

巖漿沿一定的管形通道噴出地表，熔巖覆蓋面積較小，是現代火山活動最主要的類型。中心式噴發按噴發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時只有大量熾熱的熔巖從火山口靜靜地溢出，溢出的物質以基性熔漿為主，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之間的過渡型，該類型以中基性熔漿噴發為主。即便出現爆炸其威力也不大，可連續數月甚至數年長期平穩地噴發，并以伴有間歇性的噴發為特征。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。

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

湯加火山噴發的原因及危害

湯加是一個由173個島嶼組成的國家，陸地面積747平方千米，海洋專屬經濟區面積70萬平方千米，此次噴發的湯加火山位于環太平洋“火環”地帶的西南端。

環太平洋“火環”又稱環太平洋火山地震帶，是一個圍繞太平洋頻繁發生地震和火山噴發的地帶，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%的火山噴發都發生在環太平洋“火環”地帶。

“地球第二深”的湯加海溝位于湯加群島北端，深度達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，地質構造較為活躍，作為湯加—克馬德克群島火山弧的一部分，地震、火山噴發時有發生。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，也是引起火山噴發和地震等地質災害的重要因素之一。

圖4 遙控無人潛水器在“世界第一深”的馬里亞納海溝發現多處罕見“海底花園”（圖/新華社）

此次湯加火山為海溝火山噴發。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星影像對比圖 （圖/ Planet Labs）

破火山口火山的巖漿體系通常噴發規模較大、周期長，需先經歷一系列小型噴發，直到地下的巖漿積攢到能產生一次劇烈噴發，巖漿庫在短時間內噴出大量巖漿，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。

新西蘭奧克蘭大學教授及合作者通過對湯加火山噴落到數十千米的火山灰進行碳-14定年分析，這次噴發的湯加火山距離上一次劇烈噴發的時間有近1000年。

據衛星觀測顯示，此次湯加火山大規模噴發，火山灰、蒸汽和氣體從海底穿過四五千米到達地表，噴發出的大片火山灰和氣體像一朵巨大的蘑菇云，從藍色的太平洋海域升至20多千米的高空。隨后，引發了一次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，噴發產生的大量火山灰也給當地通信造成嚴重干擾，致使湯加通信中斷，全國上下處于失聯狀態。

海底火山噴發產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性物質，大量火山碎屑物質及熾熱的熔巖噴出，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境都將造成較大影響。

此外，火山噴發引發的越洋海嘯波及范圍遠至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測到了明顯的海嘯波，多國相繼發出海嘯警報。

然而，這場災難帶來的影響遠不止這些，火山噴發的間歇性可能會持續數周或數月之久。此次火山噴發除了對自然環境產生影響，還可能導致湯加國土面積發生改變。如果后續還有強烈的火山噴發，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，海嘯預警發布后關閉的碼頭（圖/新華社/美聯）

如何評定火山噴發規模

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

火山噴發指數通常以VEI來表示，噴發強度根據噴發出的物質體積可分為8級。火山噴發在7級以上稱為超級噴發，通常火山噴發級別處在2級甚至更小，指數為4~5級的火山噴發較為罕見。

VEI以噴發物（熔巖流、火山碎屑、火山灰）等的總體積、噴出氣柱的高度、噴發持續的時間來衡量。其中，噴發物的總體積是目前使用廣泛的VEI級數判定標準：小于1萬立方米屬于VEI 0級，超過1萬立方米屬于VEI 1級，達到100萬立方米屬于VEI 2級。之后VEI級數每升高一級，噴出物的總體積需提高10倍。

判斷火山噴發的規模與判斷地震規模并非采用同一標準。地震發生時，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?；鹕絿姲l時也會伴有地震發生，能量會隨噴發物的噴出而逐漸釋放。

本次湯加火山噴發的規模和災害效應還需根據相關國家研究機構的火山監測數據分析結果來進行判斷。

是否會對全球氣候造成影響

湯加火山噴發除了對該地區造成影響外，是否會對全球氣候產生影響？

專家依據湯加火山噴發的早期數據分析，如果湯加火山后期未再次發生更強烈的噴發，那么此次火山噴發對全球氣候的影響將十分有限。

火山噴發產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，根據火山噴發的強度和持續時間不同，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導致全球氣溫下降。該火山噴發的火山灰煙羽高達約34千米，所產生的火山灰和形成的硫酸氣溶膠在隨后的18個月內使全球平均氣溫降低了約0.5攝氏度，全球平均溫度數年后才恢復到火山噴發之前的水平。

相關研究表明，火山噴發產生的二氧化硫氣體在直達平流層后，在較短時間內形成硫酸氣溶膠，隨著平流層環流輸送到全球各處。由于平流層環流穩定，所以硫酸氣溶膠會持續更長的時間，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，火山噴發產生的二氧化硫氣體還可能導致附近地區酸雨的形成。

但是，要形成對全球氣候產生可識別的影響，至少需要數百萬噸以上的二氧化硫進入平流層，而此次火山噴發預計有約40萬噸二氧化硫進入平流層，這一數值還不足以對全球氣候產生影響。鑒于這次火山噴發可能會持續數周甚至數年，其產生的氣候影響還有待進一步監測和分析。

總而言之，大規模火山噴發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，還可能產生其他的環流影響?；鹕絿姲l將通過大氣海洋間的相互作用影響拉尼娜現象的發展趨勢，人們還需警惕與之相關的對流發展及次生暴雨等極端天氣。

如何開展氣象監測與服務

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

氣象部門通常會在火山噴發后，通過衛星密切監測火山灰的移動情況。

當火山灰云遇上氣象云時，肉眼不易將兩者區分開，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開展火山監測，與地震監測不同的是，人們知道火山的位置即可知道火山噴發的地點，能有針對性地布設監測臺網。

火山噴發的前兆過程較長，對火山活動主要進行三類監測——地震監測、地表形變監測和火山氣體監測。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 位于巴布亞新幾內亞拉包爾的火山監測設備 （圖/新華每日電訊 張建松攝）

火山大規模噴發，重現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”出一次大規模噴發。我國現有的火山監測技術已與國際接軌，但對軟件和人力資源的投入仍需加強，對火山監測工作的重視仍需提高。