汤加火山喷发与全球气候变化

刘潜

（中南财经政法大学 哲学院，湖北 武汉 430073；河南轻工职业学院，河南 郑州 450000）

无数次的火山喷发不仅改变了地球气候，更是引发了物种及文明的灭绝/Pexels Carlos

南太平洋岛国汤加首都努库阿洛法以北65 千米处的洪阿哈阿帕伊岛海底火山于2022 年1 月14 日开始发生剧烈喷发，大规模的喷发持续了数天。汤加火山喷发不仅对该国的生态环境造成严重影响，大量的火山灰从2 月初已经开始向非洲方向漂移。在人类历史上，无数次的火山喷发不仅改变了地球气候，更是引发了物种及文明的灭绝。此次汤加火山喷发必然也会对全球气候变化造成影响，但影响究竟有多大，尚需要时间去分析和评估。

汤加火山喷发

汤加的洪阿哈阿帕伊岛海底火山在2022 年1 月14日剧烈喷发后，15 日至17 日再次迎来了大喷发，太平洋海啸预警中心已在夏威夷监测到该地区连续多日产生巨浪。其中，15 日的猛烈喷发持续了8 分钟，大量的火山灰随着喷发的巨响迅速升入高空，汤加全境被火山灰遮蔽。伴随着火山喷发引发的海啸让汤加首都努库阿洛法部分地区被海水淹没，居民匆忙逃离到地势更高的区域，国王图普六世也从王宫撤离。新西兰奥克兰大学火山专家沙恩·克罗宁表示，汤加火山喷发后，汤加群岛地面上的景象如同世界末日一样。新西兰驻汤加大使皮特·隆德也表示，在1 月15 日火山喷发完之后，汤加首都看上去像“月球表面”。受火山灰及烟雾的影响，当地的供水系统遭到严重的污染，直到2 月初，淡水供应尚未恢复。国际援助机构多次表示，当地人缺乏瓶装水及口罩。汤加的通信设备在此次火山喷发中也受到了强烈影响，海底电缆也遭到了破坏，直到1 月20 日卫星通信系统才开始恢复。国际红十字会对外透露，汤加火山喷发引发的海啸和巨浪，使得该国8 万人受到了影响。

可以说，汤加火山喷发是过去30 年来全球规模最大的一次火山喷发。火山喷发所释放出来的巨大能量，直接将洪阿哈阿帕伊岛超过一大半的陆地沉入海平面以下，同时，随着火山喷发的进行，大量浓烟升腾而起，直冲到十几万米的高空，并随着大气环流向四周飘散，从多国的卫星监测画面中可以清晰地看到，要远比原子弹爆炸“壮观”得多的巨大“蘑菇云”。据科学家们测算，此次汤加火山喷发，释放的能量相当于1000 颗原子弹同时在海底爆炸。按照火山爆发指数来衡量，汤加火山喷发的级别介于VEI-5 级和6 级之间，已经处于“超级火山”的行列。到2 月初，在南半球东风带的影响下，大量飘浮在空中的火山灰开始向澳大利亚及非洲上空扩散。澳大利亚莫纳什大学希瑟·汉得利教授认为，就此次汤加火山喷发的火山灰冲到平流层的高度看，能量无疑是巨大的，是1991 年菲律宾皮纳图博火山喷发以来最大的一次火山喷发活动，但是规模与历史上造成无夏期的火山喷发相比，依然算不上“超级”。新西兰惠灵顿维多利亚大学地质研究中心的专家表示，汤加火山每隔1000 年就会产生这种规模的喷发，此次的喷发规模在汤加火山喷发史上不算最大。

汤加火山喷发引发全球关注，韩国媒体在1 月下旬表示，近期日本富士山岩浆活动较为活跃，喷火口也比原来增加了6 倍多，或许会像汤加火山一样突然喷发。美国网友对黄石超级火山喷发的焦虑也占据了社交平台的热搜。中国气象科学研究院气候与气候变化研究所祝从文研究员认为，尽管汤加火山喷发能量巨大，火山灰、海啸等会影响整个南太平洋地区，但无法引发全球其他地区的火山喷发。就理论而言，火山喷发与地震较为相似，可能会引起同一地质带的地质运动异常。然而，汤加火山与日本富士山、美国黄石火山类型不同，而且物理距离较远，地质运动异常的引发效应难以成立。但是，如果仔细分析这三者的关系，它们之间也并非绝无关联。美国《华盛顿邮报》在1 月24 日的报道中称，汤加火山、富士山、美国黄石火山均处于环太平洋火山带上，环太平洋火山带是地球上火山活动最活跃的区域，也是太平洋板块与其他板块相互挤压的地方，这里聚集了全球75%以上的活火山。美国地质调查局的数据显示，汤加火山是环太平洋火山带上极度活跃的火山，处于太平洋板块和印度洋板块的挤压边缘，最近的一次大规模喷发就在2014 年，爆发频率超过了环太平洋火山带上的其他活火山。同时，西南太平洋板块每年不断向汤加—科玛德克岛弧移动，幅度最大的时候能够达到24 厘米，是全球移动幅度最大的板块。正是如此，这一区域是火山或地震频发的区域，从1902 年至今，这一地区就发生了20 多起超大或特大地震。因此，汤加火山喷发是否会带动环太平洋火山带其他火山的喷发，尚需要科学论证，也并非全然不可能。

近年来，全球范围内大规模的超强地震及火山喷发活动屡见报端，引发了人们对于地球是否进入地壳活跃期的猜测。对于这一问题，科学界尚无明确定论，还需要进行不断观察和论证。“科学美国人”网站认为，地壳运动活跃期的时间跨度极大，需要全面分析活跃期的运动形态，仅凭近几年的数据是无法得出“地球进入地壳活跃期”的结论。从另一个角度看，因信息技术的发展，信息传播能力不断增强以及科学观察手段不断丰富，能够让普通人轻松获得相关资讯，才会让人感觉到近年来地震增多和火山喷发频繁的错觉，其实地震和火山一直都很活跃。

火山喷发如何影响气候

火山喷发的影响是多方面的，在科技不发达的时代，火山大喷发可能会引发文明的毁灭。如公元79 年意大利那不勒斯东海岸维苏威火山大喷发，使得繁华的庞贝城和斯坦比伊城瞬间毁灭。当然，火山喷发对气候的影响速度并不会如此之快，但会影响气候的走向。7.5万年前印尼苏门答腊岛上的托巴（Toba）超级火山大爆发，喷发指数达到了8 级，产生了2800 立方千米的物质。地质资料显示，此次火山灰的沉积范围向西一直到印度次大陆和阿拉伯海，向东北方向飘到了相距1500千米的中国南海。科学家们认为，托巴火山喷发后导致全球进入了长达6 年的无夏期，在这些年份里全球平均气温下降了5℃，在中高纬度地区降温幅度甚至超过了10℃。而美国罗格斯大学火山专家艾伦·罗伯克通过数据模拟认为，部分高纬度地区降温可达15℃。20 世纪70 年代，科学家在格陵兰岛冰芯里发现了此次火山喷发的沉积物，地球在这次火山喷发后进入长达千年的低温时期，深刻改变了地球上的生命进化过程，使得北半球超过75%的植物死亡，人口数量也减少了3 万余，差点陷入灭绝的境地。尽管此次火山喷发对人类数量减少的影响还存在较大的争议，但地质史上超强的火山喷发行为确实对进化造成了巨大的影响。

火山喷发对气候的影响并不是通过火山灰，因为火山灰通常是较大的颗粒，很快可以通过干湿过程进行沉降。火山喷发会释放出大量的二氧化硫，在强能量的影响下，二氧化硫很快能够到达平流层，能够在较短的时间内（一般是1～2 个月）形成硫酸气溶胶。气溶胶会在平流层环流的推动下传到世界各地，但因平流层环流比较稳定，气溶胶会在平流层内存续较长的时间（通常是1 年及1 年以上），由此阻挡了太阳辐射，引发地面温度的降低。超强的火山活动导致的影响会更长，如通过影响高纬度地区的冰雪面积，从而触发冰雪反照率—辐射的正反馈机制，或是通过影响植被状况，引发光合作用的变化，从而对地球气候变化造成更强的影响。

正是因为火山对地球气候变化能够产生直接影响，此次汤加火山喷发后，有人提出通过人为诱发火山喷发来抵消全球气候变暖的影响。从历史上看，很多火山喷发确实会导致地球平均气温下降。例如，1783 年冰岛的纳基火山喷发，使得1783—1784 年两年的冬天异常寒冷；1815 年印尼的坦博拉火山喷发，引发了整个北半球的气候灾难，甚至在中国南方地区出现了“六月飞雪”的异象；1991 年菲律宾的皮纳图博火山喷发，几个月后全球平均气温大约下降了0.5℃。虽然火山喷发会导致地球气温下降，进入平流层的气溶胶会将更多的阳光反射回去，从而对大气层产生冷却效应。值得注意的是，如果人为诱发火山喷发，通过气溶胶来反射阳光从而冷却大气层，但还必须要考虑进入平流层中二氧化硫的量。美国海洋和大气管理局（NOAA）卫星监测数据显示，截至2022 年1 月底，汤加火山喷发所产生的二氧化硫约为98 万吨。曾经导致全球平均气温下降0.5℃的皮纳图博火山喷发向平流层释放了约2000 万吨的二氧化硫，由此而言，要通过火山喷发达到地球平均气温下降的效果，必须要释放出更多的二氧化硫。如果从这个角度看，汤加火山喷发并不会对全球平均气温变化造成影响。

火山喷发的确能够导致地球平均气温下降，但通过人工诱发火山喷发来达到这一效果不具有可行性。中国社会科学院生态文明研究所陈迎研究员认为，如果没有节能减排的支撑，仅仅依靠太阳辐射干预，肯定无法解决气候变化问题。即便是这种方法可行，也会导致严重的海洋酸化问题，会引发其他的不确定风险，如改变降水分布、导致海洋生物多样性减少等。浙江大学地球科学学院曹龙教授认为，通过太阳辐射干预的方法，如向平流层释放二氧化硫或是增加海洋和陆地表面的反照率等，这些方法的主要作用是增加地球—大气系统的反照率，减少太阳辐射到达大气层及地面，从而起到冷却大气层的效果。但是，太阳辐射干预难以在全球或区域范围内完全冷却大气层，毕竟不是所有区域都有火山，也不是所有的火山均能够在人为诱导下喷发，而且当前对气溶胶反辐射过程的原理认知还不够清晰，对气溶胶的冷却潜力认知依然存在不确定性。

火山喷发对全球气候变化的影响是复杂的。火山喷发释放出来的二氧化硫进入平流层，形成了气溶胶反射了太阳光，从而导致地球平均气温的下降。但问题是，地质史上为何会有三叠纪和二叠纪时代的西伯利亚地盾火山喷发，造成了史无前例的温室效应，并让恐龙占据了历史舞台；还有5800 万年前的加拿大兰格利亚火山喷发，赤道地区的温度比现在还要高出5℃～10℃，从而诞生了泰坦巨蟒。这看起来是矛盾的，但却是自然规律。火山喷发出来的气溶胶对地球气温影响是短期的，只有数年。但火山喷发出来的二氧化碳影响是长期的，火山喷发的释放物质包括水蒸气、二氧化碳、二氧化硫、硫化氢等，其中二氧化碳的比例较高，占10%～40%，水蒸气的比例则在50%左右。二氧化碳是温室气体，其实水蒸气也是，这两种温室气体的影响会长达数十年甚至是数百年，像兰格利亚火山这种规模的影响则可能会达到数万年。因此，火山喷发对气候的影响是复杂的，短期内气温下降，长期内气温上升。假如地球上的火山不断喷发，长期内地球平均气温肯定上升。尽管这个结果可能有些反常识，但事实上就是如此。

火山喷发与气候变化的关系极其复杂

综观全球各型各类火山的分布，并非散漫无序，而是具有规则性的。地球可分为亚欧板块、非洲板块、美洲板块、太平洋板块、印度洋板块和南极洲等六大板块。按板块学说的观点，岩浆活动与岩石圈板块的活动有着直接关系。地球浅表部分可以分为若干厚度约为100千米的大板块，各板块在其交接部分做相对运动，一种是相互分离的运动（发散）；一种是一个板块往另一个板块做辐合运动（收敛）。火山活动或地震通常是发生在各板块交接的地方，正是如此，全球火山模式是基于板块理论建立起来的，大多数火山均分布在板块交界处，少数火山分布于板块内。总体看，地球上已知的活火山主要集中在以下几个地带，即环太平洋火山带、洋脊火山带、地中海—印度尼西亚火山带、红海沿岸与东非火山带。

环太平洋火山带，南起南美洲的科迪勒拉山脉，在西北转向后，通过阿留申群岛、堪察加半岛向西南延伸，穿过日本列岛、台湾岛最后达到印度尼西亚群岛，全长4 万多千米，呈南向的环形构造。这一火山带有活火山521 座，占到了全球活火山的75%，且主要集中于北美、堪察加半岛、日本、菲律宾和印尼，其中印尼境内的活火山达到129 座，集中于苏门答腊和爪哇岛。日本学者的研究显示，全球有1551 座活火山，其中日本境内有110座（占7.1%），可以说日本是居住在火山上的国家，不仅遭遇极端天气气候事件和全球变暖的影响，还面临地震与火山喷发的危险。

洋脊火山带呈“W”形分布，从北极盆穿过冰岛，延伸到南大西洋，这一段与大西洋的两岸海岸线并行。然后，再向南转向到非洲南端与印度洋中脊相连，印度洋中脊向北延伸到非洲大陆北段和东非大裂谷相连。另一段向南绕过澳大利亚东去，与太平洋中脊椎南端相连，向北又延伸到北极海域。这一“W”形图案是全球最长的大洋裂谷，长度达到8 万千米。这一火山带的火山多是海底火山，因在海底喷发，不太容易被发现。这一火山带中火山最多的区域是冰岛，冰岛火山约有200 座，其中活火山30 座，堪称火山岛。红海沿岸与东非火山带主要集中在三个区域：一是乌干达—卢旺达—扎伊尔边界的西裂谷带；二是埃塞俄比亚埃尔塔火山和阿夫代拉火山；三是坦桑尼亚纳特龙湖南边的伦盖火山。地中海—印度尼西亚火山带与环太平洋火山带有所交叉，这一火山带共有活火山70 多座，其中地中海沿线共有13 座，其余均集中在印度尼西亚的加拉曼丹岛、苏拉威西岛和菲律宾的棉兰老岛、吕宋岛。

火山喷发指数（VEI）用于描述火山活动烈度。火山活动产生影响的强弱与地震烈度概念相当，但尚无成熟的一致性烈度指标。有的用爆发指数来表示火山烈度；也有仅以喷出物（气体不计算在内）体积来划分的；有的分为大中小三等（夏威夷式、伏尔坎宁式和普林尼式）；也有分为从零度到九度十个等级和一度到八度共8 个等级，包含超普林尼式。日本学者高桥正树将火山喷发分为两大类，即山体喷火和破局喷火。所谓山体喷火可以形象地比拟成岩浆透过水管载体到达水龙头之后喷发出来，相当于VEI 为1～6 级别，相对来说灾害的危害并不特别大。而破局喷火类似整个储水槽直接被炸开来，相当于VEI 为7～8 级，甚至更大的等级，对大自然、对周围环境可造成毁灭性灾难。

强火山喷发的含硫化合物能上升到稳定的大气平流层，并在半年至一年后逐渐转化成硫酸盐气溶胶，并在干燥的平流层停留2～3 年，这部分气溶胶产生的“阳伞”效应能吸收和反射一部分太阳辐射，减少到达地面的阳光，达到制冷的效果，并使得蒸发减弱，全球平均气温下降。火山活动通过改变辐射强度还会对海温等缓变的下垫面异常造成影响，并通过间接途径影响全球气候。降温的影响只是短期的。

地球上火山排放的二氧化碳尽管不会比人类活动还多，但火山喷发也可以引发森林大火。如2019—2020 年澳大利亚林火排放的二氧化碳达4 亿吨，占全球全年人类排放的1%。2010 年，人类活动产生350 亿吨二氧化碳排放量，2020 年为400 亿吨。全球火山二氧化碳排放的所有研究都表明，目前地下和海底火山释放的二氧化碳不到人类活动释放的1%，人为二氧化碳排放量是全球火山二氧化碳年排放量最大值和最小值分别估计值的80～270 倍。1980 年圣海伦斯火山喷发仅用了9 个小时就将大约1000 万吨的二氧化碳排放到大气中。然而，目前人类只需要2.5 小时就可以释放出相同的数量。

火山活动是引起全球气候异常，使得全球平均温度降低、降水减少。VEI 越大，对气候的影响范围和程度就越大，VEI 每上升一个等级，影响范围和程度放大10 倍。热带火山喷发后火山气溶胶会扩散到南北半球；南半球火山喷发产生的硫酸盐气溶胶主要局限在南半球；北半球和热带火山喷发5～10 个月后，赤道太平洋上空出现明显的类似厄尔尼诺现象的海温异常。

强火山爆发导致极端天气气候事件发生的概率增加。1815 年印度尼西亚坦博拉火山爆发后，在美国新英格兰，整个夏天气温偏低，粮食和蔬菜作物遭受巨大损失；在欧洲，从爱尔兰经英格兰直到波罗的海沿岸各国，从5 月至10 月气温很低，造成了农作物大面积减产。1991 年菲律宾皮纳图博火山爆发后，北半球许多中高纬地区次年一二月出现了异常暖冬天气，我国北方大部分地区夏秋气温持续偏低，造成棉花、玉米、大豆等粮食作物普遍减产。

针对近期汤加火山爆发、日本樱花火山爆发、我国台湾龟山岛地下火山“冒烟”等现象，需要高度关注环太平洋带火山异常活动状况，加强活火山监测研判与应急防御措施的能力建设，加强火山喷发与防灾减灾相关知识的科学传播与普及，加强火山喷发对全球气候及我国气候异常的影响研究。同时，预测可能的降温效应与全球变暖趋势的综合作用，尤其是对农业生产、交通运输、疫情防控和人民生活等产生的一系列不利影响。鉴于目前火山爆发对气候的影响仍是一个较为复杂的前沿科学问题，特别是对我国气候的影响方面尚无清晰的结论。因此，建议整合资源，加强火山喷发相关科学研究与气候影响分析评估研究，为相关部门制定应对决策提供科技支撑。