“无夏之年”?汤加火山爆发对环境的影响

15日汤加火山连着两天大爆发,让这个我们绝大多数人都没听过的南太平洋岛国,一下子引发世界广泛关注。

火山学家们把这次喷发称为“21世纪至今最剧烈的火山喷发”:引发的地震达到里氏5.8级,并且罕见地引起了海啸,使得太平洋沿岸的国家 (比如斐济,澳大利亚,日本和美国) 纷纷响起海啸预警。

这次让汤加几乎举国失联的火山,到底是个什么来头?这次喷发,真的意味着地球已经或即将趋于紊乱吗?

因为这一次的火山大爆发,是本世纪目前为止最大规模的一次火山喷发,火山爆发指数至少是达到5级,甚至可能达到6级。

在太空中都可以肉眼可见到本次火山大爆发。

尽管这是本世纪迄今为止最大的火山爆发,然而与引起1816年“无夏之年”的坦博拉火山爆发相比,量级依然差距巨大,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,不可能引起“无夏之年”。


一、汤加火山爆发

2022年1月15日凌晨格林威治时间4点10分 (北京时间当日中午12点10分,汤加时间当日下午5点10分),位于南太平洋岛国汤加境内的水下火山Hunga Tonga继14日开始喷发后,又发生了剧烈喷发。卫星探测结果表明,火山灰最高冲至约28千米高空,卫星云图上甚至可见爆发而上的蘑菇云。一时之间,全球媒体纷纷报道,国内某些营销号也迅速跟进发出2022年将是“无夏之年”的文章,这次火山真的会引起这么强的气候效应么?


卫星云图显示的汤加附近海域火山爆发过程,图片基于美国国家海洋和大气管理局静止卫星(GOES-West)和日本向日葵(Himawari-8)卫星

此次火山确实在全球引起巨大的影响,在海洋和大气引起较强的冲击波,环太平洋地区均发布了海啸预警,新西兰、澳大利亚和万里之遥的日本、美国西海岸等地都观测到了明显的涨潮,万里之遥的我国、美国西部和南美洲等地都观测到了气压的小幅波动。

受影响最严重的主要是火山爆发当地,火山爆发引起的火积云直冲云霄,摩擦引起强烈的闪电,海啸袭击汤加、斐济、瓦努阿图等地,汤加海底电缆断裂,和外界的所有联系中断,整个国家在互联网世界中消失。巨大爆炸的声音甚至传到800公里外的斐济和2000公里外的新西兰北岛。

此次是一座海底火山爆发,位于活跃的汤加-克马德克群岛火山弧上,过去100年,此处经历过多次海底火山爆发,火山喷发使得岛屿高度多次变化,2014年上一次火山喷发形成一个新岛,此次喷发之后,新岛从海面上消失。


二、并不是突然爆发

      

汤加一直是地震与火山多发的国家。因为它的地理位置特殊,恰好位于太平洋板块和印度-澳洲板块之间的“汇聚型板块边界”上,也是地球上火山地震最活跃的环太平洋火弧上,地质活动十分活跃。

最近“搞事情”的火山,全名是Hunga Tonga-Hunga Ha'apai火山,位于汤加首都以北叫做Hunga

Tonga和Hunga Ha'apai的两座岛之间——在汤加语中,“Hunga”就是“火山喷发”的意思。

一座岛的名字叫“火山喷发”,顾名思义,大概也能猜出它几分来头:它是一座由火山喷发后的山顶塌陷形成的火山,因为火山顶上通常有一个大坑,所以也叫“破火山口式”火山(caldera)。

另外也就是说,这座火山的简称Hunga Tonga的字面意思就是“汤加火山喷发”……这次喷发的是“汤加火山喷发”火山。


与盾状火山和复合式火山相比,破火山口火山的岩浆体系通常比较大,喷发规模较大,喷发周期也较长(多为百年及以上):通常需要先经历一系列小型喷发,直到位于地下的岩浆积攒到一次剧烈喷发,岩浆房(可以近似看成一个纸箱子)在短时间内喷出大量岩浆,之后“纸壳”无法承受顶上岩石的重量,最终使山顶塌陷,从而形成一个破火山口。

当破火山口体系趋于稳定后,火山的喷发就会要么停止,要么规模变得很小。例如,意大利的坎皮佛莱格瑞火山,曾在过去1万年内每隔几十到一百多年便喷发一次,但自1538年最后一次VEI3喷发起,至今未再喷发,标志着岩浆体系达到了相对稳定的状态。

这次喷发的汤加火山,上一次剧烈喷发的时间不能完全确定。有一种说法是发生在近1000年之前,这一年龄是新西兰奥克兰大学的Shane Cronin 教授及合作者通过对该火山喷落到几十公里远处的火山灰进行碳14定年获得的。


三、这次汤加火山喷发,会带来“无夏之年”?

网传的信息表示这次汤加火山喷发,比菲律宾那次还要严重。

看起来,“菲律宾那次”应该是指1991年春天的菲律宾皮纳图博火山喷发。那次喷发造成1991和1992年全球平均气温在两年内比以往平均冷上0.5摄氏度。


根据数据记录,菲律宾皮纳图博火山喷发的VEI级数为6级,喷发气柱达到40公里高,使得喷发释放的大量二氧化硫得以进入平流层,从而传播到世界各地的大气层中。

相比之下,汤加火山这次喷发的气柱也就20多公里。而且,汤加火山的岩浆体系比皮纳图博的硫含量更低(酸性可能更低)、而且有很大部分在水下喷发,不排除有一部分火山气体会被海水溶解,汤加火山能够释放的二氧化硫当量也应该不会超过皮纳图博。

“二氧化硫”是火山喷发后影响气温最关键的因素之一。二氧化硫火山气柱/云团中与其他成分反应形成硫酸及其他能够反射阳光的化合物,从而降低当地的气温。当火山释放的二氧化硫达到一定量,就会影响气温,而且二氧化硫越多,降温作用越明显

当年菲律宾火山向大气中排放的二氧化硫大约有2000万吨,那这次汤加火山呢?


根据密歇根理工大学火山学家Simon

Carn教授1月17日凌晨2点(格林威治时间)的推文,他引用了美国航空航天局NASA卫星测量数据,指出:截至16日,汤加火山喷发释放的二氧化硫含量为420.53千吨。

也就是说,目前汤加火山的二氧化硫释放量仅相当于皮纳图博的2%,如果后期不再有大规模爆发,接下来产生全球性影响的概率很低,因此,这次汤加火山的喷发很难达到当年菲律宾火山导致的“全球降温0.5摄氏度”。

相比起来,汤加火山的这一次喷发,更类似于1883年印尼喀拉喀托火山的爆发,有相似的强烈火山地震、海啸和露出海平面的火山垮塌沉入海洋中,但未必能引起所谓“无夏之年”, 至于还会引发更多的地球系统紊乱,更是没有依据。


四、火山灰也挺麻烦

综合下来,这次汤加火山喷发的最大特点,大概就是喷出了大量的火山灰。虽然还不能完全统计爆发的级数,但目前看来,这些火山灰带来的麻烦,也足够棘手了。

根据报道,16日喷发时产生的火山灰云团高达十几公里,使得从新西兰赶来营救的飞机都难以降落。

这是因为,出于安全考虑,飞机不能在火山灰密集的地方飞行。因为火山灰一旦进入飞机引擎内,可能导致引擎过热、失控,非常危险。2011年冰岛火山的VEI4级喷发也曾产生大量火山灰,被风吹向欧洲大陆,使得几个月内欧洲-美洲的很多重要航线被迫关闭 。

此外,火山灰还可能影响通讯:它的导电性和腐蚀性,可以使露天架设的电线短路。这次,汤加境内的通讯在喷发开始时被切断,目前大多数通讯还没有恢复——这其中,很可能就包括火山灰的影响。

另外,这些火山灰,会对当地和受到波及的地区的居民生活产生直接的影响,包括:堆积在建筑屋顶的火山灰,累积到一定厚度后,可能使建筑产生裂缝,甚至倒塌;还可能污染当地水源,形成酸雨,短时间影响当地气温等等。

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