北京時間2022年1月15日中午12點10分前后，南太平洋島國湯加的洪阿·哈阿帕伊島附近發(fā)生猛烈的火山噴發(fā)，初步判斷噴發(fā)強度達到火山噴發(fā)指數(shù)5級以上，與公元79年形成龐貝古城的維蘇威火山噴發(fā)相當，略低于1991年菲律賓皮納圖博火山噴發(fā)。
為什么湯加會發(fā)生大規(guī)模的火山噴發(fā)？本次湯加火山噴發(fā)會否對全球氣候產生影響？湯加火山的未來發(fā)展趨勢如何？1月26日晚，在首期海洋地學論壇（MGF）半月談特別報道講座中，中國科學院海洋研究所、青島海洋科學與技術試點國家實驗室孫衛(wèi)東研究員揭秘了湯加火山噴發(fā)背后的故事。孫衛(wèi)東與青島多位科學家研究表明，湯加火山由太平洋板塊俯沖產生，本次噴發(fā)對全球氣溫的影響微乎其微，但頻繁噴發(fā)說明進入了活躍期，未來幾年或有更大規(guī)模噴發(fā)。
這是一次“來自地球內部的能量迸發(fā)”
湯加火山屬于海底火山。海底火山，是在淺海和大洋底部形成的火山。據(jù)統(tǒng)計，全球約有2萬多座海底火山，其中太平洋占據(jù)一半以上，湯加火山即在其內。孫衛(wèi)東長期從事海洋地質研究，他把湯加火山噴發(fā)稱之為“來自地球內部的能量迸發(fā)”。因為湯加位于西太平洋的湯加--克馬德克俯沖帶上，是環(huán)太平洋俯沖帶的重要組成部分；而湯加火山位于海底1800米深處，由太平洋板塊俯沖產生。
“湯加-克馬德克俯沖帶是大約5200萬年前太平洋轉向形成的。” 孫衛(wèi)東介紹，太平洋板塊下插到澳大利亞-新西蘭板塊之下，板塊俯沖過程中，太平洋板塊不斷將水、沉積物和大洋板片帶進地球深部，隨著溫度和壓力的逐步升高，形成熔融的巖漿，巖漿上涌噴發(fā)到海底，產生海底火山。
湯加火山噴發(fā)釋放了約40萬噸的二氧化硫。
由于湯加-克馬德克俯沖帶上的巖漿富含水蒸氣、二氧化硫等，有利于形成強烈的火山噴發(fā)現(xiàn)象。湯加火山是目前全球最活躍的活火山之一。據(jù)新西蘭火山學家Cronin等人研究，該火山每一千年就有一次強烈的噴發(fā)。上一次劇烈噴發(fā)發(fā)生在公元1100年，每一次劇烈噴發(fā)都會先后產生多次不同等級的噴發(fā)。資料顯示，湯加火山此前在2009年、2014年、2015年、2019年和2021年曾發(fā)生多次噴發(fā)。1月14日火山噴發(fā)釋放的能量約是去年12月20日的7倍，1月15日再次噴發(fā)，噴發(fā)量較14日增加了數(shù)倍。孫衛(wèi)東等科學家認為，現(xiàn)在還不確定1月15日的噴發(fā)就是湯加火山此次噴發(fā)峰期的最大噴發(fā)。而如此頻繁的噴發(fā)，說明該火山進入活躍期，其深部可能存在較大的巖漿房，未來幾年可能有更大規(guī)模的噴發(fā)。
形成的蘑菇云面積接近法國的一半
湯加火山的噴發(fā)中心位于洪阿·哈阿帕伊島和洪阿湯加島附近，位于海平面以下約150米至300米處。此次噴發(fā)，形成了直徑約450千米的火山灰柱，不僅將兩個小島完全破壞，一度導致湯加全國信號中斷，而且引發(fā)了大規(guī)模海嘯，對南半球的新西蘭、澳大利亞等國家都造成影響。
湯加火山位于西太平洋湯加-克馬德克俯沖帶上。
“湯加火山噴發(fā)將約5立方千米的火山灰噴到大氣中，大量火山灰噴射到超過30千米的高空，形成了一個直徑約450千米的火山灰柱，進入平流層。” 海洋所研究員孫曉樂說，在火山灰向西漂移的過程中，少量火山灰甚至到達39千米高空。從噴發(fā)量來看，湯加火山與菲律賓皮納圖博火山非常接近。不過，皮納圖博火山灰大量噴發(fā)到了40千米的高空，高于湯加火山的噴發(fā)高度，究其原因是湯加火山是水下噴發(fā)。
科學家對湯加火山噴發(fā)進行了評估。美國NASA學者認為，此次湯加火山噴發(fā)釋放的能量超過1000萬噸TNT。澳大利亞國立大學著名學者Richard Arculus教授認為噴發(fā)釋放的能量超過1000顆廣島原子彈，約為1500萬噸TNT。奧地利學者則認為，此次火山噴發(fā)釋放的能量超過5000萬噸TNT。湯加火山噴發(fā)形成了火山灰蘑菇云，其直徑約為“沙皇”氫彈爆炸產生的蘑菇云的3倍。有人將此次湯加火山噴發(fā)所形成的火山灰蘑菇云與法國進行對比，其面積接近法國面積的一半。
眾多比較從側面反映了湯加火山噴發(fā)的規(guī)模。不過，海洋所和海洋試點國家實驗室的科研人員田凡凡、謝國治、王鯤、王宏等人也認為，核彈爆炸的能量密度遠高于火山灰和煙塵，而火山灰和氣體可以形成更大的蘑菇云。因此，核彈與火山有很大差別，兩者的比較沒有準確的科學意義。
據(jù)海洋試點國家實驗室模擬計算：對全球氣候的影響微乎其微
據(jù)新華社消息，秘魯政府20日宣布進入環(huán)境緊急狀態(tài)，緣由是湯加火山噴發(fā)掀起的巨浪導致一家煉油廠發(fā)生石油泄漏，污染21處海灘。截至1月23日，湯加火山噴發(fā)及引發(fā)的海嘯已造成6人死亡。目前湯加飲用水仍是急缺資源，基礎設施受創(chuàng)嚴重，電力供應短缺，經(jīng)常數(shù)小時或一整天停電。此外，湯加通信仍未完全恢復，網(wǎng)絡只是偶爾間斷性恢復，數(shù)據(jù)傳輸困難。
湯加火山噴發(fā)形成的火山灰蘑菇云。
本次湯加火山噴發(fā)，對湯加在內的不少太平洋沿岸國家造成了影響。除了聚焦地區(qū)影響外，公眾的另外一個關注點是會否對全球氣候產生影響。據(jù)介紹，火山灰噴發(fā)高度是影響火山噴發(fā)致災強度的一個重要因素。噴發(fā)到平流層的火山灰和二氧化硫會破壞臭氧層，形成氣溶膠，阻擋陽光照射到地表。大規(guī)模火山噴發(fā)會導致全球變冷，形成“火山冬天”。
專家認為，湯加火山是海底火山，其噴發(fā)釋放的火山灰和有毒氣體比同等當量的地表噴發(fā)火山大幅度減少，火山灰的噴發(fā)高度也大幅度下降。此次湯加火山噴發(fā)等級接近1991年菲律賓皮納圖博火山，但是由于是海底噴發(fā)，火山灰噴發(fā)的高度約30千米，低于后者的40千米。與此同時，由于海水壓力的作用，海底噴發(fā)的火山氣體中二氧化硫的含量會大幅度下降。目前觀測數(shù)據(jù)顯示，噴發(fā)的二氧化硫只有40萬噸，遠低于皮納圖博火山噴發(fā)釋放的2000萬噸，而一般認為至少500萬噸二氧化硫進入上層大氣才會對氣候產生影響。據(jù)海洋試點國家實驗室模擬計算，此次火山噴發(fā)對氣候的影響甚微。
本次湯加海底火山爆發(fā)，噴發(fā)高度較低、二氧化硫排放量較小，雖然對全球氣候變化影響不大，但對附近海域的影響可能會比較顯著。青島科學家認為，火山灰提供大量鐵等痕量元素，會促進表層海水內初級生產激增，提高海洋生物的種群數(shù)量；火山灰溶解還可顯著促進碳酸鈣生成和沉積，可能成為沉積物內的重要碳匯。
青島科學家重任：加快認識地球深部運轉規(guī)律
火山噴發(fā)是地球內部運動的產物，而海底火山噴發(fā)是所有火山噴發(fā)中研究程度最低的噴發(fā)方式。西太平洋是全球最主要爆發(fā)式的海底火山噴發(fā)區(qū)。這些火山活動多與板塊俯沖密切相關。大規(guī)模海底火山噴發(fā)，又對海洋和大氣產生重大影響。以上均是海洋試點國家實驗室主持的基金委重大研究計劃“西太平洋地球系統(tǒng)多圈層相互作用”的重點研究內容。
“地球內部如何運行”一直是困擾科學家的難題，是《科學》雜志創(chuàng)刊125周年時提出的125個科學問題之一。“西太平洋地球系統(tǒng)多圈層相互作用”重大研究計劃，由中國科學院院士、海洋試點國家實驗室主任、中國海洋大學副校長吳立新?lián)螌＜医M組長，匯集了我國海洋與固體地球科學一大批優(yōu)秀科學家，圍繞“西太平洋復雜地形對海洋動力過程和氣候系統(tǒng)的影響”、“西太平洋流固界面跨圈層物質與能量交換過程”和“西太平洋板塊俯沖與地球深部流固相互作用”三大關鍵科學問題開展跨尺度、跨圈層的多學科交叉研究，力爭在相關問題上取得重要原創(chuàng)性突破。
據(jù)了解，大洋鉆探是了解地球內部運動的重要途徑，該內容長期由美國等西方國家主導。目前，青島正在加快“夢想號”大洋鉆探船這一國之重器研發(fā)建設，通過建造全球第三條大洋鉆探船，搶抓機遇，積極探索海底深部鉆探新技術、新方法、新裝備，協(xié)同推進深海與深地研究，加快認識地球深部運轉規(guī)律。（青島日報/觀海新聞記者 李勛祥）
責任編輯：劉聰聰
