作者:高雅丽 冯丽妃 来源:中国科学报 发布时间:2022/1/18 16:41:27
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搅动半个地球?五问汤加火山

 

汤加地质服务局观测队观测到的洪阿哈阿帕伊岛火山喷发,1月14日下午5点14分,5公里宽的火山灰羽流上升到海平面以上18公里。图片来源:Taaniela Kula/汤加地质服务局

北京时间1月15日中午12时左右,南太平洋岛国汤加的一座岛屿海底火山剧烈喷发。卫星观测显示,火山灰和大量气体从太平洋海面迅速升起,其形成的蘑菇云团顶直径达到400至500公里,火山灰达到距地面约28公里的高度。

这场“史诗级”火山喷发导致当地网络几乎完全中断,约一万公里之外的阿拉斯加也能听到火山喷发的咆哮声。其引发的海啸还影响了整个太平洋沿岸地区,日本、斐济等多国接连发布海啸警报,中国沿海海域也监测到海啸波。

目前,这场爆发于南太平洋的火山喷发已经搅动了近半个地球。那么,此次喷发为何会如此猛烈?接下来还会发生高强度喷发吗?此次喷发对全球气候变化会有极大的影响吗?《中国科学报》就此采访了火山研究专家、中科院院士刘嘉麒等多位专家。

一问:“威力”究竟有多大?

汤加王国属于大洋洲,是由173个岛屿组成的岛国,大部分为珊瑚岛,约40个岛屿有人居住。此次火山喷发位于无人居住的洪阿哈阿帕伊岛,距离汤加首都努库阿洛法以北约65公里。喷发于当地时间1月14日开始,在1月15日下午第二次剧烈喷发。

卫星观测显示,大规模喷发后,火山灰、蒸汽和气体在当地太平洋蓝色的海面上空升腾而起,巨大的声响远在美国阿拉斯加都听得到。此外,喷发后一波约1.2米高的海啸袭击了汤加首都努库阿洛法,该市许多广场和主要街道都被洪水淹没。据报道,喷发还导致汤加海底电缆断裂,整个国家在互联网世界中消失。

喷发发生后,包括日本、斐济等国家,以及美国夏威夷、阿拉斯加和太平洋沿岸在内的大部分环太平洋地带都发布了海啸警报。美国地质勘探局估计,这次火山爆发引发了一次相当于5.8级的地震。

“此次喷发规模相当大。”刘嘉麒对《中国科学报》说,火山从海底喷发穿过四五千米深的海洋到达地表后,火山灰还能升到20多公里的高空,又引起比较强烈的地震和较大范围的海啸。“如果在地面喷发,火山灰甚至可能达到40公里的高空。”

他表示,此次火山喷发是1991年菲律宾皮纳图博火山(火山喷发指数VEI达到6级)爆发以来,地球上发生的最强火山喷发。尽管如此,在他看来,其强度或能达到5级,仍达不到6级。“否则,整个岛屿可能会被掀掉。”他说。

有媒体认为,此次火山爆发释放的能量相当于1000个广岛原子弹。刘嘉麒并不赞成这种比喻。在他看来,尽管火山喷发类似于自然界的原子弹或者地雷的爆炸,会造成很大的破坏,但很难计算其释放的物质当量。

二问:火山活动缘何频繁?

过去100年,洪阿哈阿帕伊岛海底火山活动十分活跃,曾经历多次喷发,不断塑造着岛屿的面貌。

“根据测量,该火山隐藏在海底的部分高约1800米,宽约20公里。巨大的海底火山顶着两个长度约2公里的小岛,分别是海底火山口边缘的西部和北部残余。2014年12月的一次喷发在两个大岛之间形成了一个新的岛屿。”中科院大气物理所博士左萌向记者介绍。

就在此次大规模喷发之前,该海底火山在2021年12月20日还曾喷发过一次,火山灰达到16公里的高度,喷发过程持续至12月21日凌晨左右逐渐减弱。

根据相关媒体报道,此次喷发之后,基本上位于北部的整个岛屿都沉入海底,还使得2014年形成的新岛屿沉入海面以下。

这一地带的海底火山缘何频繁喷发呢?对此,刘嘉麒解释,这与其所处的地质环境有着很大的关系。首先,这一带附近有着“地球第二深”的汤加海沟——深达10882米,仅次于马里亚纳海沟,是岩浆、火山和地震活动比较活跃的地方;同时,其附近多岛屿,地质构造比较活跃,作为汤加-克马德克群岛火山弧的一部分,地震、火山经常发生;另外汤加又处在太平洋板块跟大洋洲板块交界处,板块互相碰撞俯冲,也是引起火山喷发和地震的一个重要因素。

“所以,这里火山喷发频繁是很正常的。”刘嘉麒说。

三问:会引发“无夏之年”吗?

作为本世纪迄今为止最大的火山爆发,此次汤加火山喷发引起关注的一个话题是:它是否会极大地影响全球气候变化,甚至引起“无夏之年”?

与引起1816年“无夏之年”的坦博拉火山爆发相比,中科院大气物理所副研究员魏科认为,汤加火山喷发量级差距巨大,如果后期没有更强的爆发,此次火山爆发对全球气候的影响非常有限。

“火山影响气候并不是通过火山灰,而主要是通过火山喷发的二氧化硫。”魏科说,“二氧化硫气体会直达平流层,在较短时间即会形成硫酸气溶胶,随着平流层环流输送到全球各处。由于平流层环流稳定,所以硫酸会持续更长的时间,起到‘阳伞’作用,通过阻挡太阳辐射,引起近地面温度降低。”

他表示,火山爆发要对全球气候产生可识别的影响,据估算至少要喷发数百万吨以上的二氧化硫进入平流层。“此次火山爆发评级为5级左右比较合适,大概有40万吨二氧化硫进入平流层,总体而言,这一数值距离可以对全球气候有所影响,还有非常大的差距。”

值得注意的是,大规模火山喷发对气候的影响不仅仅局限于全球温度,也会对热带海温分布状态有所影响,还可能产生其他的环流影响。“从统计上讲,火山爆发有助于厄尔尼诺的发展。由于目前处于拉尼娜状态,因此可能会有助于拉尼娜的消退。但统计规律并不一定适合每一次的火山过程,还需要后续的观察和分析。”魏科说。

刘嘉麒也认为,此次火山喷发对于气候环境和生态产生的影响只是局部的、短时间的。他指出,历史上的相关影响大都不是某一局部火山喷发造成的,而更可能发生在大火山省喷发的情况下。“比如200多万平方公里的西伯利亚大火山省,或是我国峨眉山五六十万平方公里的大火山省喷发,会对气候环境和生态产生一些大的影响。”他说。

四问:火山活动还会持续吗?

“火山喷发通常是间歇性的,但也有连贯性。这个地区这么大的喷发规模,不会马上完全静止。”刘嘉麒表示,一方面,对于一座海底火山来说,目前能了解的仅是水面以上的情况,海底未到达水面的小规模喷发无法监测。另一方面,现在到达水面以上的喷发仅过了三四天,不可能完全静止。

“有的时候它会先释放一些能量,蓄积一段时间的能量后继续喷发。”刘嘉麒说,“如果条件具备,像15日这么大规模的喷发也并非不可能。但一般这种几率比较小,因为它已经释放了比较多的能量。”

中科院地质地球所副研究员孙春青也向本报表示,由于岩浆房内部储存的大量能量和物质已被释放,因此尽管不能排除其可能性,但大规模喷发几率不大。

五问:对中国影响几何?

根据中国自然资源部海啸预警中心最新监测结果,中国沿海海域于16日凌晨监测到海啸波,其中浙江石浦站最大海啸波幅约20厘米,其余潮位站海啸波幅均小于15厘米。此次喷发过程未对中国沿岸造成灾害性影响。

如果发生进一步喷发是否会影响到我国沿海地区呢?在刘嘉麒看来,我国不大可能遭受此次喷发带来的海啸的影响,因为我国大部分沿海地区有岛弧链阻挡。不过,海南、台湾以及浙江、福建等有着裸露海岸线的地区可能受到大规模海啸的波及,因此应加强防范。

据孙春青介绍,近百年来,除了1951年西昆仑山地区,中国大陆几乎没有火山喷发。目前已知中国历史上最强的火山喷发是1000年前的长白山火山喷发,喷发指数达到6~7级。距离长白山1000公里之外的日本发现了数厘米厚的火山灰,在相距上万公里的北极格陵兰岛冰芯中也找到了那次长白山火山喷发的火山灰。这是当时规模很大的一次火山喷发。

“自然灾害不分国界,应该做到及时预测、防范和应对。”刘嘉麒说。他表示,火山喷发和地震预测一样,主要包括三个参数:时间、地点和强度。与地震不同,陆地火山喷发的地点和强度时间和强度现在基本上能精准地预测。

“但不像陆地,目前全球对海底火山尚缺乏监测,达不到准确预测的水平。现在地球科学正在向着深空、深地、深海发展,火山作用与这三个方面都密切相关,所以应该在这方面下功夫。”刘嘉麒说,由于历史等原因,我国研究火山的人太少,重视程度也不够,相关研究也遇到一些瓶颈。随着科学和社会的发展,这方面的研究必须得加强。

 

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