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·哈阿帕伊島附近發生猛烈的火山噴發，初步判斷噴發強度達到火山噴發指數5級以上，與公元79年形成龐貝古城的維蘇威火山噴發相當，略低于1991年菲律賓皮納圖博火山噴發。
為什么湯加會發生大規模的火山噴發？本次湯加火山噴發會否對全球氣候產生影響？湯加火山的未來發展趨勢如何？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東研究員揭秘了湯加火山噴發背后的故事。孫衛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，本次噴發對全球氣溫的影響微乎其微，但頻繁噴發說明進入了活躍期，未來幾年或有更大規模噴發。
這是一次“來自地球內部的能量迸發”
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。據統計，全球約有2萬多座海底火山，其中太平洋占據一半以上，湯加火山即在其內。孫衛東長期從事海洋地質研究，他把湯加火山噴發稱之為“來自地球內部的能量迸發”。因為湯加位于西太平洋的湯加--克馬德克俯沖帶上，是環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，巖漿上涌噴發到海底，產生海底火山。
湯加火山噴發釋放了約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現象。湯加火山是目前全球最活躍的活火山之一。據新西蘭火山學家Cronin等人研究，該火山每一千年就有一次強烈的噴發。上一次劇烈噴發發生在公元1100年，每一次劇烈噴發都會先后產生多次不同等級的噴發。資料顯示，湯加火山此前在2009年、2014年、2015年、2019年和2021年曾發生多次噴發。1月14日火山噴發釋放的能量約是去年12月20日的7倍，1月15日再次噴發，噴發量較14日增加了數倍。孫衛東等科學家認為，現在還不確定1月15日的噴發就是湯加火山此次噴發峰期的最大噴發。而如此頻繁的噴發，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模的噴發。
形成的蘑菇云面積接近法國的一半
湯加火山的噴發中心位于洪阿·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，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，而且引發了大規模海嘯，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到了40千米的高空，高于湯加火山的噴發高度，究其原因是湯加火山是水下噴發。
科學家對湯加火山噴發進行了評估。美國NASA學者認為，此次湯加火山噴發釋放的能量超過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，此次火山噴發釋放的能量超過5000萬噸TNT。湯加火山噴發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的規模。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
據新華社消息，秘魯政府20日宣布進入環境緊急狀態，緣由是湯加火山噴發掀起的巨浪導致一家煉油廠發生石油泄漏，污染21處海灘。截至1月23日，湯加火山噴發及引發的海嘯已造成6人死亡。目前湯加飲用水仍是急缺資源，基礎設施受創嚴重，電力供應短缺，經常數小時或一整天停電。此外，湯加通信仍未完全恢復，網絡只是偶爾間斷性恢復，數據傳輸困難。
湯加火山噴發形成的火山灰蘑菇云。
本次湯加火山噴發，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。據介紹，火山灰噴發高度是影響火山噴發致災強度的一個重要因素。噴發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。大規模火山噴發會導致全球變冷，形成“火山冬天”。
專家認為，湯加火山是海底火山，其噴發釋放的火山灰和有毒氣體比同等當量的地表噴發火山大幅度減少，火山灰的噴發高度也大幅度下降。此次湯加火山噴發等級接近1991年菲律賓皮納圖博火山，但是由于是海底噴發，火山灰噴發的高度約30千米，低于后者的40千米。與此同時，由于海水壓力的作用，海底噴發的火山氣體中二氧化硫的含量會大幅度下降。目前觀測數據顯示，噴發的二氧化硫只有40萬噸，遠低于皮納圖博火山噴發釋放的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。據海洋試點國家實驗室模擬計算，此次火山噴發對氣候的影響甚微。
本次湯加海底火山爆發，噴發高度較低、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律
火山噴發是地球內部運動的產物，而海底火山噴發是所有火山噴發中研究程度最低的噴發方式。西太平洋是全球最主要爆發式的海底火山噴發區。這些火山活動多與板塊俯沖密切相關。大規模海底火山噴發，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》雜志創刊125周年時提出的125個科學問題之一。“西太平洋地球系統多圈層相互作用”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擔任專家組組長，匯集了我國海洋與固體地球科學一大批優秀科學家，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性突破。
據了解，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，協同推進深海與深地研究，加快認識地球深部運轉規律。（青島日報/觀海新聞記者 李勛祥）
責任編輯：劉聰聰
