让汤加几乎举国失联的火山喷发，到底有多严重？

本文来自微信公众号：果壳（ID：Guokr42），作者：李蔚然，编辑：麦芽杨，原文标题：《汤加火山喷发达到7级？带来无夏之年？火山科学家可没这么说》，头图来自：视觉中国

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。

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？

太长不看版：

• 汤加火山已苏醒？这么多年它也没睡呀。另外它叫“汤加火山喷发”火山——这还是简称。

• 这次汤加火山喷发是7级？没喷完，不能确认。

• 会带来1991年菲律宾火山导致的无夏之年？科学家说：差得有点远。

• 虽然但是，火山灰也够麻烦了。

汤加火山已苏醒？这么多年它也没睡呀 

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。

Hunga tonga-Hunga Ha'apai破火山口结构示意图。黑色虚线表示破火山口范围丨theconversation.com

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。

今天，“汤加火山已苏醒”一度占据了热搜榜首。但问题是：千年前的剧烈喷发之后，汤加火山并未睡着。

20世纪以来，这里发生过4次记录在册的喷发，分别发生在1912年、1988年、2009年和2014-2015年。和最近这次喷发不同，那4次都是小规模喷发，并未引起特别大的灾害。

图丨Google Earth卫星图像

根据Google earth pro的卫星图像，汤加火山的形态在过去十年内仍然在随着喷发的进行而发生变化，尤其是2015年喷发以后，在前文提到的两岛中间出现了一个新的火山锥，应该也是本次喷发喷出的地方。

这次汤加火山爆发是多少级？目前还不能确认 

这次汤加火山爆发后，网上有很多关于它的讨论（流言），比如下图——

再比如下图，直接明确了“到达7级”——

这个截图中罗列的其他深远影响目前尚不能判断。我只能说：看起来最基础的“1”，关于汤加火山的喷发等级，是错误的——因为没有任何官方数据表明此次汤加火山喷发的VEI级会是几级。

火山喷发规模，确实通常以VEI（火山爆发指数）来表示。目前，火山爆发指数VEI最低为0级，最高为8级。

VEI主要以喷发产物来衡量，包括：

（1）喷出物质（包括熔岩流，火山碎屑，火山灰等各种喷发产物）的总体积；

（2）喷出气柱的高度；

（3）喷发持续的时间。

喷出物质的总体积是目前最广泛使用的VEI级数判定标准：

小于1万立方米的，属于VEI 0级；

超过1万，属于VEI 1级；

VEI 2级则要求是1级的100倍，也就是达到100万立方米；

之后，VEI级数每升高一级，喷出物的总体积值需要提高10倍。

不同VEI级别的火山喷发。目前为止VEI达到8级的喷发都发生在距今至少2万年之前，VEI 8级喷发在我们的有生之年发生的概率极小。丨geology.com

回到这次汤加火山，不管是6级还是7级，都不是眼下就可以得出的结论。因为判断火山喷发的规模与判断地震规模，并不是同一个概念：

地震发生时，能量几乎在地壳破裂的一瞬间全部释放，因此可以立即测出地震的震级；

而火山喷发时，也会相伴发生地震，能量会随喷发产物的喷出而逐渐释放，只有当喷发结束后或接近尾声时才能确定其规模或VEI指数。

目前，汤加火山的此次喷发似乎并没有停下来的趋势，因此从理论上来说，无法立刻判断VEI级数。

这次汤加火山喷发，会带来“无夏之年”？ 

网传的信息中，还提到一点：

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。

皮纳图博火山喷发后的大气层（航天飞机在1991年8月8日南美上空拍摄）丨NASA

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：截止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。

虽然但是……火山灰也足够糟糕了…… 

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，可能是建筑产生裂缝，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。

还有就是，看到上图时想起来：火山灰温度可达两三百摄氏度，而且具有腐蚀性，万一落到身上会容易造成烧伤。

一手影像资料诚可贵，但是，如果你或你的朋友在这次汤加火山灰会波及的地区——

请尽量待在室内或提醒对方待在室内；另外，因为火山喷发物有可能污染水源，因此，在距离火山喷发比较近的地区，尽量不要饮用自来水，注意检查生活用水的质量。

参考文献：

[1]Forni, F., Degruyter, W., Bachmann, O., De Astis, G, and Mollo, S. (2018) Long-term magmatic evolution reveals the beginning of a new caldera cycle at Campi Flegrei, Science Advances, 4 (11),eaat9401. DOI: 10.1126/sciadv.aat9401.

[2]https://theconversation.com/why-the-volcanic-eruption-in-tonga-was-so-violent-and-what-to-expect-next-175035

[3]https://www-science-org.ezp.lib.cam.ac.uk/content/article/massive-volcanoes-could-cool-earth-more-warming-world

[4]https://www.aljazeera.com/news/2022/1/16/tsunami-threat-recedes-volcano-ash-hinders-response-in-tonga

[5]https://www.theguardian.com/world/2011/may/22/iceland-grimsvotn-volcano-shuts-airport

感谢北京大学地球与空间科学学院季建清教授对本文的帮助

本文来自微信公众号：果壳（ID：Guokr42），作者：李蔚然