搅动半个地球的汤加海底火山

王安逸

巨大的蘑菇云从海面上迅速升腾而起，海底火山爆发产生的冲击波响彻天空。虽然许多汤加人之前就有火山爆发的心理准备，但他们没有想到这次的海底火山爆发会如此突然，如此猛烈……

汤加在哪里 汤加位于南太平洋，和澳大利亚的最短直线距离为3300多千米，其首都努库阿洛法位于主岛——汤加塔布岛。

火山爆发全过程 2021年12月20日，位于汤加洪阿哈阿帕伊岛的海底火山喷出火山灰。次日2时，火山喷发结束。这次短暂且温和的喷发并没有引起研究火山的科学家们的特别关注。2022年1月11日，汤加海底火山被认定再次进入休眠。然而，2022年1月14日该火山再次喷发，并于15日突然猛烈爆发。

当天的爆发虽然只持续了8分钟，却成为30年来全球最猛烈的火山爆发之一（爆发指数5级），仅次于1991年菲律宾的皮纳图博火山爆发（指数6级）。

火山口在哪里 这次爆发的火山口，距离汤加主岛65千米。这个岛原本是两个独立的岛屿，其中一个叫洪阿汤加，另一个叫洪阿哈阿帕伊。2014年末，这两座岛下方的火山口喷发出的大量岩浆将两座岛屿连成了一座岛。截至2022年1月15日的喷发结束时，遗留的火山口最顶端距离海面700米，直径6～7千米。

汤加消失了吗 据估算，此次最猛烈的一次爆发释放的能量相当于1000颗广岛原子弹当量。在如此强大的爆发下，汤加是否消失了呢？没有。但洪阿汤加-洪阿哈阿帕伊岛的大部分陆地被火山活动从海面上抹除，仅留下少量礁石。这次火山爆发给汤加主岛带来的影响主要是海啸对沿岸地带造成的破坏，以及火山灰对岛上交通、通信和淡水供应造成的影响。

强烈冲击波响彻太平洋 除了汤加，一些泛太平洋国家也听到了火山爆发产生冲击波的巨响。15日下午，在距离汤加海底火山800千米的斐济，一位居民在家中突然听到外面传来的巨响，一开始他还以为是打雷，但很快整栋房子开始震动，门乒乓作响。

汤加海底火山上方岛屿（2014年底）

实际的火7a2ade504e72e507c6979e8ac0a4756b山口位于海面以下，且截面积巨大

火山爆發后，岛屿几近消失

火山爆发产生的冲击波在传播了数百千米后威力依然可怕。美国阿拉斯加州安克雷奇及其周边地区的居民在距离火山约9700千米处，听到了一系列的爆炸声，爆炸声持续了30分钟，而后续的低频噪声则持续了大约两个小时。甚至连位于北极圈的加拿大育空地区都报告听到了爆炸声，冲击波最远传到了1.6万千米之外的英国。

爆炸过后，海啸接踵而至。海啸波浪席卷汤加的所有岛屿。登陆岛屿的海啸施展着摧枯拉朽的破坏力，横扫其途经的一切。

一名岛上居民说，海底火山爆发时，她正在家中做晚饭，海水突然就涌入家中。她回忆：“地面震动，我们的房子在摇晃。一波又一波的巨响和震动接踵而来。我弟弟以为有炸弹在附近爆炸。”他们一家人慌忙逃出屋外，数分钟后，她的屋子就完全淹没在海水中，她邻居的屋子则轰然倒塌。当时周围满是人们的尖叫声，人们声嘶力竭地高喊：“快向高处跑！”

岛上民众被迫转移到地势较高处，汤加全国的通信设施遭到全面破坏，与外部连通的海底电缆也遭到破坏。很快，汤加就彻底失联。

受火山灰和海啸影响，岛上的淡水大量被污染。当局号召民众喝瓶装水，并戴上口罩以避免火山灰进入肺部——火山灰颗粒的边缘极为锋利，细颗粒的火山灰被吸入肺部后会对肺产生不可逆的损伤，或引发肺纤维化等一系列问题。火山灰中还含有二氧化硫，溶于水会形成有毒的硫酸。

汤加海底火山喷发后，其引发的海啸波浪先后抵达澳大利亚、新西兰、日本以及北美和南美的西海岸。海啸在火山喷发5个小时后抵达新西兰，约10小时后到达阿拉斯加;日本部分地区出现了近3米高的海浪;在秘鲁，有两人死于海啸波浪。

海啸波浪的破坏力远非普通波浪可以比拟。普通波浪上岸后，顶多向前运动15秒就会返回大海;而冲击澳大利亚沿岸的海啸波浪向岸上持续移动了15分钟，然后又过了15分钟才完全返回大海，造成了混乱和巨大损失。

为什么汤加海底火山喷发产生的海啸波浪跨越重洋，在南美等国家沿岸登陆后，依然能够造成不同程度的破坏呢？

汤加海底火山爆发引发的海底滑坡和海面气压变化，是造成海啸的两大原因。海啸的波长长达数百千米，波长越长越不容易受海底表面凹凸或障碍物影响，因此传播距离也越远。当海啸波到达沿岸地区时速度会降低，后续的海啸波不断追上前方的海啸波。就这样，一个个海啸波叠加在一起，达到岸边时就形成了动辄十米高的海啸巨浪。

海啸席卷汤加

为什么这其中没有中国的海啸报告？其实，中国的海事监测部门第一时间就监测到了汤加海底火山引发的海啸波，但是海啸波到达中国时只引起了20厘米高的浪潮。

汤加海底火山坐落于环太平洋火山—地震带上，曾在2009～2021年间多次小规模喷发。

汤加海底火山需要900～1000年才能充满岩浆，因此这次火山爆发被形容为千年一遇。随着大量岩浆冷却并结晶，岩浆内部会积累大量气体，导致岩浆内部压力逐渐升高，岩浆也变得不稳定。这就好像一瓶香槟酒。香槟是一种气泡酒，在灌装香槟时工人会向瓶中加入白砂糖，让酵母在瓶中二次发酵，产生气体从而让香槟酒起泡。如果糖加多了，瓶内气压过高，那么瓶塞就会被弹射出去。类似的过程也发生在海底火山内部。

既然火山位于海底，那么为什么海水没能阻止火山喷发呢？冰岛等国家也有海底火山，一般情况下，它们的岩浆都是缓慢流出的。岩浆外部有一层水蒸气将高温岩浆和低温海水隔绝开来，岩浆会在海水中安静地慢慢变凉。然而，如果岩浆内部压力很大，喷发的速度过快，高温岩浆冲破水蒸气，直接与冰冷的海水接触，那么受岩浆高温加热而快速汽化的海水会瞬间爆炸。岩浆被爆炸撕裂，高温的内部再次暴露于冰冷的海水中，从而引发连锁爆炸。这种因高温物体和低温物体充分接触而产生的连锁爆炸过程，被称为“燃料-冷却剂相互作用”。核电站反应堆的炉心熔解后，高温的炉心物质与低温的冷却水接触，也会产生类似的连锁爆炸。

高温岩浆和低温海水接触，引发连锁爆炸

佚名编撰的《宋史全文》卷三五中记录下了这样一句话：“宝佑五年（1258年）西湖冰合。”短短几个字，让读过的人在脑海中构想出杭州西湖湖面完全冻结的空前景象，并为之深深震撼。是什么让位于江南的杭州西湖完全结冰？答案可能是因1257年印度尼西亚的萨拉马斯火山爆发所导致。火山喷发引起了后续一段时间全球平均气温下降，并导致夏季消失，冬季更冷，这被称为“无夏之年”。

一般规模的火山喷发，喷发出的火山物质大多数停留在对流层。对流层的空气运动活跃，火山物质最多只停留数月，就会被降水带至地表。然而，一些猛烈爆发的火山能将火山物质抛射到更高的平流层。如果火山物质进入这个大气区域，那么它们就能在此长期停留，并反射太阳光，从而使全球气温降低。最近的一次影响全球气温的火山喷发是1991年的菲律宾皮纳图博火山喷发，它向平流层输送了约2000万吨二氧化硫，导致全球平均气温下降了0.6℃。

一部分火山灰上升到了平流层

汤加海底火山的喷发柱将大量火山物质喷射到平流层中，一些人猜测这会导致另一个无夏之年。但有计算表明，汤加海底火山喷发向平流层注入的大约40万吨二氧化硫不足以产生任何全球降温效应，但可能在南半球产生降溫作用，导致冬季略微降温。生活在南半球的人们可以在喷发几个月后看到紫色的日落。

但汤加海底火山喷发真的不会对气候产生影响吗？这个问题的回答并非绝对。

汤加火山爆发后，科学家借助卫星数据，发现大气中出现了一圈圈不寻常的涟漪纹样。先前的所有火山喷发都没有出现过类似的涟漪，这种涟漪具体是如何形成的？

这种涟漪由数十个大小不等的同心圆构成，其中每一个圆形都代表了在大气中快速移动的波，最大涟漪的半径达1.6万千米！这些波从海面一直延伸到大气的电离层。气象学家解释说，这些波名为大气重力波，只有大气受到垂直而非水平扰动时才会产生大气重力波。

大气重力波

虽然汤加火山的猛烈爆炸过程短暂，但它对大气产生的影响却是持久且复杂的。大气重力波会干扰热带地区风向的周期变化，未来一段时间内，包括欧洲在内的许多地区气候还是会受到影响。

每年地球上发生的火山喷发事件，约有80%来自海底火山。海底火山会定期喷发，由此造就的新地质结构成为深海生物的栖息地。2009年，科学家发现了迄今最深的海底火山喷发事件，这座也位于汤加附近的深海火山名为西马塔火山，其喷发位置距离海平面1219米。

海底火山的发育过程1.海床裂开，岩浆涌出2.海底火山喷发，形成火山口3.火山口不断上升，来到海面并形成岛屿

一些海洋学家估计，仅在太平洋海底就可能有多达100万座火山——大约是陆地火山总量的750倍。就连全世界最大的火山也位于海底。在日本东部的太平洋海域海底，坐落着全球最大的火山（死火山）——大塔穆火山。这座巨型海底火山的总面积为31万平方千米，约等于山东和山西两省地域的总面积之和。

海山遍布整个海洋，地幔中的岩浆上升到海山顶部就会喷发。喷发和硬化的熔岩或岩浆形成新的海底物质。在大洋板块交接地带，有被称为洋中脊的结构，岩浆从洋中脊中不断涌出，形成新的洋壳。洋中脊也是海底火山和地震的活跃区域。洋中脊火山喷出的熔岩比地球上其他火山喷出熔岩的总和多得多。

当海底火山的岩浆和冷水混合后，会形成海底热液喷泉。科学家直到1979年才首次发现这些高温喷泉，它们滋养着许多深海生物的生命。科学家迄今已经在这类喷口附近发现了500多种新物种，其中包括不需要阳光就能合成有机物的化能合成自养生物。

如果海底火山喷发时火山口留下的地质结构能够一直延伸，突破海面，就会成为火山岛。在夏威夷群岛，一个年轻的海底火山正在不断朝海面进发，科学家预计，5万年后它将突破海面，形成一个新的火山岛。

此次汤加海底火山爆发总共造成3人死亡，9万多人受灾，无数房屋、道路等建筑设施损坏。如果类似规模的火山爆发发生在西北太平洋沿岸等人口稠密地区，那么造成的后果将不堪设想。

从汤加的火山喷发历史看，该地区每1000年会有一次大型火山喷发，而上一次大型喷发刚好是在1000多年前。汤加海底火山目前已经停止活动，但它是否在为下一次大爆发蓄积能量呢？

我国最早的关于火山的文字记录来自《山海经据》，其中记载了山西大同的昊天寺坐落的火山在北魏时期（公元5 年）喷发的景象。《宁古塔记略》中则记载了东北五大连池火山猛烈喷发的景象：“火冲天，其声如雷，昼夜不绝，声闻五六十里，其飞出者皆黑石硫磺之类，经年不断…… 热气逼人三十余里。”1951 年，新疆昆仑山中部地区火山连续喷发了好几个昼夜，最终火山口在地面留下了一座高145 米的地质结构。

汤加海底火山喷发后，我国也展开了卫星调查。根据我国自然资源部1 月18日发布的“高分一号B 卫星” 遥感图像，洪阿哈阿帕伊岛周边几十千米的海域漂浮着大量红色、褐色的浮石条带，条带最长达10 多千米。

火山浮石内部有大量由气泡撑开的孔洞，气泡的体积占浮石总体积的70% 以上。在表面张力的作用下，海水会在孔洞口形成水膜而无法进入孔洞，因此这种浮石能漂浮在海面上。浮石能成为生物在岛屿、海洋和大陆之间移动的天然筏，但浮石也会被海洋鱼类当成食物吞下，造成大量鱼类死亡。

浮石也是一种工业原料。浮石多孔疏松的结构使其被用作过滤器、干燥器和磨料。如果将浮石颗粒作为混凝土的骨料，则能使成型的混凝土具有更好的隔热、隔音效果。

火山浮石

在美國阿拉斯加以西的阿留申群岛，高灵敏的监听设备记录下了这里80 多座活火山近年来的每一次爆炸和震动。2017年，阿留申群岛的一座海底火山喷发，在持续9 个月的火山活动中，监听设备记录下了一种低沉的奇怪旋律。之所以称其奇怪，是因为它重复了250 多次。

负责监听的美国科学家里昂斯对奇怪旋律的来源十分不解，直到他的同事发现了来自美国海军官兵的一份日志。1908年，博格斯洛夫火山（同样位于阿留申群岛）爆发，当时航行经过该火山附近海域的一艘军舰上的官兵不约而同地注意到，海面出现了一个巨大的半圆形穹顶。这个穹顶时而膨胀时而收缩，最终爆破，散发出大量烟雾。里昂斯想知道这些奇怪的旋律是否和这些巨大气泡有关。通过建立模型，他发现海底火山爆发可以制造巨型气泡，其直径最大可达400 米。

里昂斯解释说，“火山喷出的烟柱中的所有气体和火山灰都留在水下，但它们终归是要出来的。”神秘的低频旋律则来自气泡的涨缩循环。火山喷发出的泡泡一旦在水面破裂，其中有毒的硫化氢和二氧化硫等气体进入空气，能毒死经过附近的信天翁和海鸥等海鸟。

气泡裹挟着岩浆上升到海面