汤加火山喷发，搅动半个地球

◆本刊综合

图1 1月14日下午5点14分，汤加地质服务局观测到的洪阿哈阿帕伊岛火山喷发时的情境（图/ Taaniela Kula）

策划人语：

火山喷发是地球释放能量的方式之一。地球上的火山多出现在地壳中的断裂带，呈不均匀分布。目前，地球上已知的“死火山”约2000座，已知的“活火山”约523座，其中陆地火山约455座，海底火山约68座。很多时候，海底火山喷发只发生在海面以下，并未引起人们的关注。

海底火山Hunga Tonga位于南太平洋岛国汤加境内，北京时间2022年1月15日12点10分，这座海底火山继14日开始喷发后再次发生剧烈喷发。这场“史诗级”的火山喷发导致当地网络完全中断，约1万千米之外的美国阿拉斯加也能听到火山喷发时发出的“咆哮声”，罕见的“火山海啸”更是拉响了太平洋沿岸多国的海啸预警。这场搅动半个地球的汤加海底火山喷发的威力究竟有多大？是否会对全球气候造成影响？

——方郁芝 秦银银

火山喷发的类型

火山喷发的类型取决于地壳厚薄、岩浆成分、地下岩浆库内的压力、火山通道的形状以及海底喷发和陆地喷发条件等。一般来说，火山喷发主要分为裂隙式喷发和中心式喷发两种。

裂隙式喷发

岩浆通过地壳中狭长线状深断裂溢出地表，一般没有爆炸现象，流出物主要为基性玄武岩熔浆，冷凝后形成厚度相当稳定、覆盖面积较大的熔岩被。

历史上出现的多次裂隙式喷发活动都处于大陆壳较薄或大陆板块比较活跃的时期，如二叠纪时我国西南云、贵、川交界地带喷发面积广泛的峨眉玄武岩。目前，裂隙式喷发在大洋中脊较为普遍，冰岛正好位于大西洋中脊之上，所以在冰岛当前还能看到裂隙式喷发活动，因此这种喷发类型又名“冰岛式”喷发类型。

图2 冰岛首都雷克雅未克附近的一座火山持续喷发红色岩浆（图/人民网）

中心式喷发

岩浆沿一定的管形通道喷出地表，熔岩覆盖面积较小，是现代火山活动最主要的类型。中心式喷发按喷发剧烈程度不同可分为宁静式、中间式和爆烈式等。

宁静式又称为夏威夷型，以夏威夷诸火山为代表。火山喷发时只有大量炽热的熔岩从火山口静静地溢出，溢出的物质以基性熔浆为主，熔浆温度较高、黏度小、易流动。因含气体较少且无爆炸现象，有一定的观赏性。

图3 意大利斯特龙博利火山的熔岩流淌（图/新华社/路透）

中间式属于宁静式和爆烈式喷发之间的过渡型，该类型以中基性熔浆喷发为主。即便出现爆炸其威力也不大，可连续数月甚至数年长期平稳地喷发，并以伴有间歇性的喷发为特征。位于意大利西西里岛北部利帕里群岛上的斯特龙博利火山就是其中的代表。

爆烈式即火山喷发时产生猛烈的爆炸，同时喷出大量的气体和火山碎屑物质，喷出的熔浆以中酸性熔浆为主。

汤加火山喷发的原因及危害

汤加是一个由173个岛屿组成的国家，陆地面积747平方千米，海洋专属经济区面积70万平方千米，此次喷发的汤加火山位于环太平洋“火环”地带的西南端。

环太平洋“火环”又称环太平洋火山地震带，是一个围绕太平洋频繁发生地震和火山喷发的地带，全长约四万千米，呈马蹄状。全球90%的地震、81%的大地震以及75%的火山喷发都发生在环太平洋“火环”地带。

“地球第二深”的汤加海沟位于汤加群岛北端，深度达10 882米，是岩浆、火山和地震活动比较活跃的地方。汤加多岛屿，地质构造较为活跃，作为汤加—克马德克群岛火山弧的一部分，地震、火山喷发时有发生。此外汤加处于太平洋板块与大洋洲板块交界处，板块互相碰撞俯冲，也是引起火山喷发和地震等地质灾害的重要因素之一。

图4 遥控无人潜水器在“世界第一深”的马里亚纳海沟发现多处罕见“海底花园”（图/新华社）

此次汤加火山为海沟火山喷发。该火山隐藏在海底的部分高约1800米，宽约20千米，巨大的海底火山顶着长度约2千米的两个小岛，于2014年12月的一次喷发后在这两个岛屿之间形成一个山顶塌陷的火山口，被称为“破火山口式”火山。

图5 2022年1月7日和2022年1月15日汤加火山口及周边岛屿的卫星影像对比图 （图/ Planet Labs）

破火山口火山的岩浆体系通常喷发规模较大、周期长，需先经历一系列小型喷发，直到地下的岩浆积攒到能产生一次剧烈喷发，岩浆库在短时间内喷出大量岩浆，因无法承受山顶上岩石的重量，最终使山顶塌陷形成破火山口。

新西兰奥克兰大学教授及合作者通过对汤加火山喷落到数十千米的火山灰进行碳-14定年分析，这次喷发的汤加火山距离上一次剧烈喷发的时间有近1000年。

据卫星观测显示，此次汤加火山大规模喷发，火山灰、蒸汽和气体从海底穿过四五千米到达地表，喷发出的大片火山灰和气体像一朵巨大的蘑菇云，从蓝色的太平洋海域升至20多千米的高空。随后，引发了一次5.8级的地震和罕见的大范围海啸，致使连接汤加与外界的重要海底电缆被切断，喷发产生的大量火山灰也给当地通信造成严重干扰，致使汤加通信中断，全国上下处于失联状态。

海底火山喷发产生的大量气体主要包含来自地球深处的水蒸气、二氧化碳、二氧化硫及一些挥发性物质，大量火山碎屑物质及炽热的熔岩喷出，在空中冷凝为火山灰、火山弹以及火山碎屑，对水资源、生物圈、大气圈等多圈层的环境都将造成较大影响。

此外，火山喷发引发的越洋海啸波及范围远至4000千米，太平洋沿岸的秘鲁、智利、日本、美国、澳大利亚和新西兰等国都监测到了明显的海啸波，多国相继发出海啸警报。

然而，这场灾难带来的影响远不止这些，火山喷发的间歇性可能会持续数周或数月之久。此次火山喷发除了对自然环境产生影响，还可能导致汤加国土面积发生改变。如果后续还有强烈的火山喷发，孤立的火山活动岛屿可能会连在一起，或使原有的陆地被破坏甚至消失。

图5 位于美国加州纽波特海滩，海啸预警发布后关闭的码头（图/新华社/美联）

如何评定火山喷发规模

此次汤加火山喷发是自1991年菲律宾皮纳图博火山（火山喷发指数VEI6级）喷发以来，地球上发生的最强的火山喷发。

火山喷发指数通常以VEI来表示，喷发强度根据喷发出的物质体积可分为8级。火山喷发在7级以上称为超级喷发，通常火山喷发级别处在2级甚至更小，指数为4~5级的火山喷发较为罕见。

VEI以喷发物（熔岩流、火山碎屑、火山灰）等的总体积、喷出气柱的高度、喷发持续的时间来衡量。其中，喷发物的总体积是目前使用广泛的VEI级数判定标准：小于1万立方米属于VEI 0级，超过1万立方米属于VEI 1级，达到100万立方米属于VEI 2级。之后VEI级数每升高一级，喷出物的总体积需提高10倍。

判断火山喷发的规模与判断地震规模并非采用同一标准。地震发生时，能量几乎在地壳破裂的一瞬间完全释放，因此可以立即测出地震的震级。火山喷发时也会伴有地震发生，能量会随喷发物的喷出而逐渐释放。

本次汤加火山喷发的规模和灾害效应还需根据相关国家研究机构的火山监测数据分析结果来进行判断。

是否会对全球气候造成影响

汤加火山喷发除了对该地区造成影响外，是否会对全球气候产生影响？

专家依据汤加火山喷发的早期数据分析，如果汤加火山后期未再次发生更强烈的喷发，那么此次火山喷发对全球气候的影响将十分有限。

火山喷发产生的火山灰不仅会威胁人类健康，影响通信、航空交通，还会影响气候。大量的气体和微粒被释放到大气中，根据火山喷发的强度和持续时间不同，对气候影响的时间长短也有差异。

1991年6月，菲律宾皮纳图博火山喷发导致全球气温下降。该火山喷发的火山灰烟羽高达约34千米，所产生的火山灰和形成的硫酸气溶胶在随后的18个月内使全球平均气温降低了约0.5摄氏度，全球平均温度数年后才恢复到火山喷发之前的水平。

相关研究表明，火山喷发产生的二氧化硫气体在直达平流层后，在较短时间内形成硫酸气溶胶，随着平流层环流输送到全球各处。由于平流层环流稳定，所以硫酸气溶胶会持续更长的时间，通过阻挡太阳辐射引起近地面温度降低从而起到“阳伞”的作用。此外，火山喷发产生的二氧化硫气体还可能导致附近地区酸雨的形成。

但是，要形成对全球气候产生可识别的影响，至少需要数百万吨以上的二氧化硫进入平流层，而此次火山喷发预计有约40万吨二氧化硫进入平流层，这一数值还不足以对全球气候产生影响。鉴于这次火山喷发可能会持续数周甚至数年，其产生的气候影响还有待进一步监测和分析。

总而言之，大规模火山喷发对气候的影响并不局限于全球温度的变化，也会影响热带海温分布状态，还可能产生其他的环流影响。火山喷发将通过大气海洋间的相互作用影响拉尼娜现象的发展趋势，人们还需警惕与之相关的对流发展及次生暴雨等极端天气。

如何开展气象监测与服务

图6 1月15日风云三号E星多通道合成图显示，汤加火山喷发时形成的火山灰蘑菇云纹理结构清晰可见（图/中国气象局）

气象部门通常会在火山喷发后，通过卫星密切监测火山灰的移动情况。

当火山灰云遇上气象云时，肉眼不易将两者区分开，气象部门借助红外通道仪器将火山灰云从气象云中筛选出来。因卫星传感器中特定的红外通道对火山灰云中的酸性矿物颗粒非常敏感，当用多个红外通道扫视大气时，能瞬间找出火山灰云。

气象部门主要针对火山和火山下方的岩浆系统开展火山监测，与地震监测不同的是，人们知道火山的位置即可知道火山喷发的地点，能有针对性地布设监测台网。

火山喷发的前兆过程较长，对火山活动主要进行三类监测——地震监测、地表形变监测和火山气体监测。若地震较为频繁，地表大幅度隆起或空气中岩浆气体含量异常升高，都需引起注意。

图7 位于巴布亚新几内亚拉包尔的火山监测设备 （图/新华每日电讯 张建松摄）

火山大规模喷发，重现周期是以万年为尺度来计算的——岩浆库中的岩浆需要长时间的补给，才能“积累”出一次大规模喷发。我国现有的火山监测技术已与国际接轨，但对软件和人力资源的投入仍需加强，对火山监测工作的重视仍需提高。