科普多一点 | 汤加火山喷发预计对中国沿海影响几何？会带来“无夏之年”吗？

四川在线记者 徐莉莎

北京时间1月15日12时27分,南太平洋汤加地区的洪阿哈阿帕伊岛(Hunga Tonga-Hunga Ha'apai)海底火山(以下简称汤加火山)发生大规模爆炸式喷发活动。火山喷发后,汤加与外界通讯联系中断。

汤加这座让全球关注的火山,威力有多大?1815年,印尼坦博拉火山爆发,连续百日喷薄而出的岩浆让火山灰遮住天光,隔年全球便进入“无夏之年”。这次汤加火山爆发,会带来“无夏之年”吗?会对中国有影响吗?中国是如何监测境内的活火山的?

记者就上述问题,采访了成都理工大学地球物理学院副教授范兴利。

火山是范兴利的研究对象,他的主要研究领域聚焦在晚新生代板内火山岩石圈精细结构地震层析成像。作为90后科研新秀,范兴利目前已在Geology、Geophysical Research Letters等国内外权威学术期刊上发表数篇论文,主持包括国家自然科学基金青年科学基金在内的多项国家级和省部级项目。

这可能是地球上近30年来最强的火山喷发活动,火山灰可以铺满整个长三角

记者:喷发的火山群有什么样的构造特点?

范兴利:发生喷发的汤加火山地理上位于南太平洋海域,在地质构造背景上,该火山处于太平洋板块和印度-澳大利亚板块的交界位置,属于典型的岛弧火山。

岛弧火山形成机制示意图

我们可以从图中看到,当密度较高的大洋板块在海沟处向地球深部俯冲时,随着温度和压力的不断升高,在某一深度位置(120公里左右),俯冲板片会发生脱水熔融作用,形成的岩浆向上运移至地表后喷发形成岛弧火山。

记者:它此前活跃吗?

范兴利:与地球上其它一些岛弧火山类似,属于汤加-克尔马德克火山弧一部分的汤加火山一直以来都比较活跃,以近些年为例,2009年3月份发生过一次较大喷发,喷发的火山柱有7.6公里高,对当地的航空运输造成了影响,2014、2015和2019年也有显著的喷发活动。

2021年11月份开始汤加火山有活动迹象,12月份有小规模喷发,2022年1月14日开始大规模喷发,1月15日发生了此次爆炸式剧烈喷发。

记者:它会不会继续喷发呢?

范兴利:与众多岛弧火山一样,受控于地质构造背景,这里的火山活动属于系列性事件,未来应该还会持续,此次喷发由于规模巨大因此受到广泛关注。

记者:有人说,这是近30年来最强的火山喷发,具体是如何分级的?

范兴利:在火山学中,火山喷发的强度可以通过“火山爆发指数”(Volcanic Explosivity Index,简称VEI)来衡量,衡量指标主要包括喷出物体积和喷发柱高度等方面。

指数每增加1级表示火山爆发威力增加10倍。历史上最大规模的火山爆发强度定义为8级。

2010年冰岛4级火山喷发产生的火山灰曾瘫痪欧洲多地航班。由此可见4级以上火山喷发事件的威力。所幸的是,地球上5级及以上规模的火山喷发并不多见,19世纪以来一共有11次(不包括此次)。1815年印尼的坦博拉火山喷发是19世纪以来最强大的火山喷发事件,火山爆发指数高达7级。

据新闻媒体报道,此次汤加火山的喷发柱高度超过了20公里,喷发开始后的30分钟时间内,喷发柱顶部的“蘑菇云”直径超过350公里,喷发柱的快速上升和大规模的横向膨胀表明此次火山喷发释放的能量巨大。

如果把这些喷出的火山灰全部放在我国长三角地区的话,平铺堆积的火山灰可能有数厘米甚至更厚。

汤加火山大喷发与历史上顶级火山喷发事件的对比(预计)

初步估计,此次喷发事件的VEI可能介于5至6级之间(具体量级需要喷发彻底结束或者接近尾声后才能准确测定)。因此可能是1991年菲律宾皮纳图博6级火山喷发事件以来,地球上近30年来最强的火山喷发活动。

记者:有人说是普林尼式火山喷发,还有人说是超级普林尼式,你怎么看?

范兴利:普林尼式火山喷发指的是释放巨大能量,产生巨高火山灰柱,伴随大规模浮石、火山渣和火山灰沉降现象的爆炸式喷发。从卫星云图以及产生的冲击波和触发的海啸效应来看,此次汤加火山基本上应该可以归属于(或者接近于)这类火山喷发事件。

而超级普林尼式火山喷发形容的是地球上极为罕见的一种顶级火山爆发现象,具有全球影响力。例如地质历史上的美国黄石公园火山和印尼的多巴火山超级喷发事件,这类火山喷发的VEI基本在7和8的量级,因此VEI处于5和6级之间(初步估计)的汤加火山喷发还算不上超级普林尼式火山喷发。

到达我国东部海岸时海啸波已成“强弩之末”,对我国产生的潜在影响非常小

记者:大家很好奇,假设我们身处汤加,火山喷发后感受到的是怎样的场景?

范兴利:假如火山喷发时我们身处汤加或者相邻地区,在火山喷发后的较短时间内我们会听到一声巨响,当火山爆发形成的冲击波到来时,建筑物可能出现晃动,玻璃可能会被震碎,视线足够好的话还可能会肉眼观察到火山口上方腾起的蘑菇云,类似于原子弹爆炸的场景。

接下来,火山爆发触发的海啸会接踵而至,数米高的海浪会对沿岸的所有物体造成毁灭性的破坏。

记者:如何引发的海啸呢?

范兴利:海啸的产生是因为这座火山的喷发发生在海水下。火山喷发过程中,火山口附近区域内的物质急速膨胀对周边海水产生了扰动,同时加上次生的滑坡和火山口塌陷对海水的扰动影响,释放的能量以水波的形式向四面八方扩散,形成海啸。这跟我们往湖里扔一个重石块激发出波浪向四周传播散开是类似的。

火山爆发后激发的冲击波和触发的海啸,对汤加地区会造成最快最直接的破坏。接下来相对更长的时间里,空气中飘散的火山气体和火山灰以及沉降的火山灰会严重污染空气和地表水源,直接威胁到附近居民和其他动植物的生命安全。

记者:此次过程对环太平洋地区,特别是中国沿海造成怎样的影响?

范兴利:此次火山喷发产生的冲击波、海啸和火山渣/灰/气的笼罩和沉降对靠近火山的汤加地区会造成最大的破坏和影响,其次触发的海啸会对环太平洋地区,包括斐济、新西兰、澳大利亚、日本、美国西海岸等沿岸地区产生不同程度的影响。

中国大陆和太平洋之间有一条岛链,这条岛链的存在会削弱海啸波到来的影响。同时由于我国东部沿海大陆架延伸很广,长波长的海啸波在大陆架较浅的海水中很难有效传播,因此到达我国东部海岸时这些海啸波基本上成了“强弩之末”,对我国产生的潜在影响应该是非常小的。

对北半球影响有限,不太可能出现“无夏之年”

记者:有网友担心,汤加会不会沉没/消失,你分析来看,这可能吗?

范兴利:此次发生火山喷发的是南太平洋汤加地区的洪阿哈阿帕伊岛海底火山,这座岛本身就是以前的火山喷发活动形成的,此次剧烈喷发基本上摧毁了整座岛屿。

南边的汤加王国距离这座火山岛有65公里,那里并没有发生火山活动,只是受到了冲击波、海啸和火山渣/灰/气的笼罩和沉降产生的影响,因此大范围的汤加地区不存在沉没/消失一说。

记者:还有人分析,火山喷发后火山灰进入平流层会导致气温骤降?这次会出现类似印尼坦博拉火山爆发带来的“无夏之年”吗?

范兴利:据报道,此次汤加火山的喷发柱超过了20公里,而地球表面大气圈中的对流层平均厚度12公里左右,也就是说此次火山喷发的火山灰有一部分可能进入了平流层。

由于缺乏空气对流环境,进入平流层的火山灰可能需要几个月甚至数年才能沉降到地面。它们会遮蔽阳光,好比是在地球头顶上打了一把遮阳伞,因此会造成气温降低。

需要注意的是,尽管此次汤加火山喷发很剧烈(预估VEI介于5和6之间),但仍然不及1815年坦博拉这类超级火山喷发的强度,因此不太可能输送大量的火山灰进入平流层。

另外,火山喷发释放的二氧化硫气体对气温的潜在影响更大,因为二氧化硫进入平流层后会形成硫酸气溶胶,在平流层中横向运移输送到全球各个地方,通过阻挡太阳辐射引起近地表温度降低。但是目前据美国NASA卫星初步监测数据,此次汤加火山喷发产生的二氧化硫约为420.53千吨,仅为1991年菲律宾皮纳图博火山喷发释放量的2%,所以对全球气温的影响应该很小。

因此,本次汤加火山喷发对全球气候的影响,尤其是对北半球的影响应该比较有限,不太可能出现诸如1815年印尼坦博拉火山喷发时的“无夏之年”现象。

记者:大家关心,在中国境内,可能发生在这样的火山喷发吗?我们有没有什么预警监测手段?

范兴利:中国境内也有活火山,这里活火山指的是近一万年来有过喷发活动的火山(也称全新世火山),其中潜在喷发危险性最强的当属位于中朝边境的长白山火山。

长白山火山是一座规模巨大的板内层状复式活火山,地质历史上发生过多次喷发。公元946年,也就是后晋时期,长白山火山发生的一次“千年大喷发”被认为是近2000年来的最大火山喷发事件之一。此次喷发摧毁了方圆50公里半径内的森林,其飘散的火山灰贯穿了中国东北、俄罗斯远东地区、朝鲜半岛和日本海,甚至在北极格陵兰岛的冰芯中都有记录。

继“千年大喷发”之后,长白山火山至少又在 1413、1668、1702 和 1903 年发生过几次小规模喷发活动。

2002-2005 年间,增强的火山地震活动性、GPS 和水准监测观察到的地表隆起、温泉气体地球化学异常以及卫星热红外遥感监测到的热异常,均表明长白山火山有岩浆活动的迹象。近年来有关长白山火山是否存在潜在喷发危险的讨论,也引起了国内外研究学者的广泛关注。

这是我国境内活火山的监测分布图。多种监测手段包括地震、重力、形变、流体等都被用于这些活动火山的实时监测中。

中国活火山监测分布图

目前,以长白山天池火山为代表的6处活火山,已被纳入中国火山监测台网。它们分别是吉林长白山火山、龙岗火山、黑龙江五大连池火山、镜泊湖火山、云南腾冲火山和海南琼北火山。

随着国力的增强和火山研究程度的提高,今后中国境内将有更多的活火山受到监测。

(受访者供图)

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