这座超级火山爆发后，让整个地球失去了一个夏天

本文来自微信公众号：学术经纬（ID：Global_Academia），作者：药明康德内容团队，题图：坦博拉火山 | Wikipedia

上周末，一场剧烈的海底火山喷发，让太平洋岛国汤加成为全世界聚焦的中心。1月14日，洪阿哈阿帕伊岛的海底火山喷发；1天后，这座火山再次剧烈喷发，直径约5千米、高20千米的火山灰柱笼罩在火山上空。此后，受火山导致的海啸影响，汤加全国的通讯一度完全中断；同时，海啸不仅袭击了汤加，还波及了太平洋沿岸的诸多国家……

▲汤加火山喷发释放了大量火山灰和气体（图片来源：NOAA）

目前仍不确定的是，这轮火山活动将持续多久、后续是否会有更大规模的喷发，因此汤加火山喷发的等级尚且无法最终确认。但根据已有的喷发量，此次火山喷发已经是1991年菲律宾的皮纳图博火山喷发之后，近30年来全球最剧烈的火山活动。

在担心汤加居民安危之余，不少人也开始担心：这次火山活动是否会造成更大范围的影响，例如影响全球气候，甚至导致2022年的夏天消失？

200年前：“无夏之年”  

在人类历史上，这样的场景确实发生过：就在200多年前，一场致命火山喷发，让整个地球失去了一个夏天。

在全世界最大的群岛国家印度尼西亚，松巴哇岛只是一座毫不起眼的小岛。但在这座岛上，却有一个沉睡了至少5000年的巨兽——坦博拉火山。

1815年4月10日，一声巨响划破天空，近现代历史上最剧烈的一次火山喷发顷刻间到来。一团巨大的乌云笼罩在天空中，其中裹挟着大量火山灰、气体，还有从山顶削下来的碎屑。因为这次喷发，坦博拉火山的山顶被削下了惊人的1200米。

按照火山爆发指数（VEI），这次喷发达到了7级，是有记载以来强度最大的一次。滚烫的熔岩覆盖率这座岛屿，火山引发的海啸淹没了一旁的小镇……据历史记录，坦博拉火山喷发直接带走了超过1万人的生命。

▲火山喷发后形成的多巴湖（图片来源：NASA/public domain）

在当时，对那些远离印度尼西亚的人来说，这次火山喷发看上去和自己关系不大。但在半年后，另一场波及范围更广的噩梦来临：在整个北半球，那个冬天都格外寒冷，这样的情况甚至延续到了1816年的夏天——或者说，那一年根本就没有夏天。7月时，美国东北部甚至下起了雪。随之而来的是粮食严重减产，以及全球至少10万人死于饥荒。（有历史数据认为，仅仅在欧洲就有20万人死于1816年的饥荒。）

但在当时，人们尚未掌握火山活动对全球气候的影响，也没有将这两件接踵而至的灾难联系起来。直到1979年，海洋学家Stommel夫妇在《科学美国人》上撰写了一篇题为《无夏之年》的文章，提出正是坦博拉火山导致了接下来的异常低温与饥荒。

炙热的火山喷发，为什么会让地球变冷？对于这个问题，我们需要考虑的是：火山喷出的什么成分，对气候产生了影响？

你首先想到的或许是火山灰。的确，超级火山喷发之后，火山灰遮天蔽日，比如在坦博拉火山事件中，一周之后，在数百千米之外，天空依然是被灰黑的火山灰笼罩。大气层中的火山灰可以阻挡阳光射向地表，起到降温的作用。但问题是，火山灰在大气层的停留时间很短，往往在几天到几周之内，它们就会落下。

而真正对气候造成更深远影响的，是释放至平流层的二氧化硫气体。二氧化硫会在平流层中转变为硫酸，后者迅速凝结，形成硫酸盐气溶胶。这些气溶胶与火山灰一样，增加了大气层对太阳辐射的散射，因此直接抵达地表的能量减少了。重要的是，这些气溶胶在大气层中停留的时间远超火山灰，可以达到2~3年，因此能随着大气循环持续影响全球气候。

▲火山释放的二氧化硫跟随大气循环的示意图（图片来源：USGS）

据推测，坦博拉火山共释放了近6000万吨二氧化硫。而最新的汤加火山呢？根据气象卫星的观测，汤加火山目前的二氧化硫喷发量是40万吨（当然，不排除后续持续喷发的可能性），不到坦博拉火山的百分之一，对全球气候几乎不会产生影响。因此至少目前，我们还不需要为今年夏天感到担忧。

7万年前：人类濒临灭绝？ 

坦博拉火山是有记载以来最严重的火山喷发事件，但在人类的演化历史上，还曾经发生过更加剧烈，同时至今仍充满争议的火山活动。这就是大约7.4万年前，同样发生在印度尼西亚的多巴火山喷发。

根据地质记录，这次火山喷发释放了2000~3000立方千米的物质，火山爆发指数达到了代表“超级爆发”的8级。计算机模拟显示，多巴火山喷发使得全球气温下降3~5℃，全球进入冰川时期。这一点也得到了地球化学证据的支持：在此后的1000年中，地球都处于较冷的气候中。

而这次火山喷发最为人熟知的，是它有可能险些让全人类面临灭顶之灾。

发展这个观点的，是美国古人类学家Stanley Ambrose教授。1998年，他在Journal of Human Evolution的一篇论文中，将多巴火山喷发与人类在7万年前面临的“遗传瓶颈”联系了起来。

根据遗传瓶颈理论，在5万~10万年前，人类种群数量一度大幅下降，最少时甚至不足1万人，整个人类一度处于灭绝边缘。今天的部分遗传学证据支持了这一点：有研究认为，现代人类的遗传差异表明，大约7万年前，1000~10000对人类配偶的交配造就了今天的人类。

Ambrose教授提出，多巴火山释放的大量二氧化硫导致了持续10年的火山冬天，从而摧毁了地表植被的生态系统，也让缺乏食物的人类数量急剧下降。

不过，最近几年陆续有研究对这一理论提出了质疑。2018年的一篇《自然》论文就从位于南非的一处古人类遗址中发现了端倪：在距今7.4万年的多巴火山喷发之后，这里的石器数量没有明显减少，这反映了人类种群依旧生命力旺盛。研究者猜测，对于当时居住在海边、依靠海洋资源生存的古人类来说，气候变化对他们的影响没有那么严重，狩猎-采集的生活方式也让他们拥有更强的承受能力。

多巴火山是否造成了人类生存危机仍然悬而未决，但当我们将视野投向数亿年的地球生命演化历史，会看到多次大规模的火山喷发造成生物大量减少，乃至近乎消失。例如，地球历史上最大规模的生物灭绝事件——大约2.5亿年前，造成95%海洋物种、70%陆生物种消失的二叠纪末期大灭绝，直接原因就是西伯利亚大规模的火山喷发。

▲1991年的皮纳图博火山喷发被成功预测（图片来源：Dave Harlow/USGS/public domain）

对于那些在历史上的火山喷发中消失的生命，包括在近代史上丧命于火山的人类，这些喷涌的巨兽似乎无法阻挡，只能任由天命。随着现代科学的发展，众多火山活动的监控、预测成为现实。1991年，对皮纳图博火山喷发的成功预测，就尽可能降低了当地的人员伤亡。

但刚刚发生的汤加海底火山喷发也提醒我们，火山活动依旧复杂，我们还没有完全掌握。未来，作为地球地质活动的重要一环，破坏性的火山喷发依然不可避免——或许在我们的有生之年，或许在成千上万年后。下一次，人类有能力拯救自己吗？

参考资料：

[1] Why Was The Volcano Explosion in Tonga So Violent, And What to Expect Now? Retrieved Jan. 16, 2022, from https://www.sciencealert.com/a-scientist-explains-why-the-volcanic-eruption-in-tonga-was-so-violent

[2] Stanley H. Ambrose. Late Pleistocene human population bottlenecks, volcanic winter, and differentiation of modern humans. Journal of Human Evolution(1998) https://doi.org/10.1006/jhev.1998.0219

[3] Smith, E., Jacobs, Z., Johnsen, R. et al. Humans thrived in South Africa through the Toba eruption about 74,000 years ago. Nature(2018). https://doi.org/10.1038/nature25967

[4] Chad L. Yost et al., Subdecadal phytolith and charcoal records from Lake Malawi, East Africa imply minimal effects on human evolution from the ∼74 ka Toba supereruption, Journal of Human Evolution(2018),  https://doi.org/10.1016/j.jhevol.2017.11.005

[5] The year without a summer. Retrieved Oct. 7, 2009, from https://climate.nasa.gov/ask-nasa-climate/183/the-year-without-a-summer/

[6] Ancient Humans Weathered the Toba Supervolcano Just Fine. Retrieved Mar. 14, 2018, from https://www.smithsonianmag.com/smart-news/ancient-humans-weathered-toba-supervolcano-just-fine-180968479/

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