1月 15 日下午5 點 10分，湯加主島以北約 50公里處發(fā)生了千年一遇的海底火山噴發(fā)，迅速膨脹的火山灰像蘑菇云一般直沖云霄。20分鐘后，致命的海嘯襲來，巨浪將建筑物和道路通通淹沒。
圖 |2019 年 4 月 30 日湯加火山島·洪阿哈阿帕伊島衛(wèi)星影像
圖 |2022 年 1 月 17 日的高分一號所采集湯加火山島島嶼影像，圖中紅色區(qū)域為原島嶼所在地
（來源：新華網(wǎng)）
這次火山噴發(fā)引發(fā)了 7.4 級的地震，火山灰蘑菇云的寬度接近5公里?；鹕絿姲l(fā)引發(fā)的聲波以每小時 1200 公里的速度在太平洋上蔓延，而伴隨火山灰而來的，還有每秒鐘近 100次的閃電。從新西蘭、秘魯?shù)矫绹靼?，環(huán)太平洋國家紛紛發(fā)出海嘯預警。諾貝爾物理學獎獲得者 Brian Schmidt 及其在澳洲國立大學的同事，地球科學家 Richard Arculus 撰文表示，這次火山噴發(fā)的能量大概相當于 1000枚廣島原子彈。目前湯加人員傷亡人數(shù)依然不詳。
他們推斷，這個高約 1800米，寬約 20公里的水下火山將自己炸的不輕。爆炸的巨大威力很可能在地球表面形成了一個暫時性的大洞，海水沖進洞里，然后從噴口徑向反彈。
他們推斷，這個高約 1800 米，寬約 20 公里的水下火山將自己炸的不輕。爆炸的巨大威力很可能在地球表面形成了一個暫時性的大洞，海水沖進洞里，然后從噴口徑向反彈。
新西蘭空軍偵查機 P-3K2 Orion 傳來的最新圖像顯示，湯加 Nomuka 島已經(jīng)被厚厚的火山灰所覆蓋。由于火山噴發(fā)切斷了湯加和外界連接所需的 872 公里電纜，目前通訊依然中斷。
湯加 Nomuka 島被火山灰覆蓋 | 來源：New Zealand Air Force P-3K2 Orion
目前全球大約有 1500 座活火山。奧克蘭大學地球科學家 Shane Cronin 的研究顯示，這次噴發(fā)的湯加海底火山位于 Hunga-Ha’apai 和 Hunga-Tonga 兩座小島之間，在過去十年內(nèi)一直有小型噴發(fā)。在附近島嶼的沉積物中，Cronin 團隊曾發(fā)現(xiàn)了這座火山過去兩次大規(guī)模噴發(fā)的證據(jù)。研究人員將這些火山灰與 65 公里外湯加塔普島上的火山灰沉積物進行了化學匹配，然后使用放射性碳測年確定，這座火山最近一次的大型噴發(fā)發(fā)生在公元 1100年，也就是一千年前。
湯加火山活躍的主要原因首先是太平洋板塊在澳大利亞構(gòu)造板塊中的下沉。當板塊下沉到地幔的超熱巖石中時，里面的水被涌出，上升到上面的地幔中。這使得地幔被融化形成粘性的充滿氣體的巖漿，為爆炸性的噴發(fā)提供了條件。
Shane Cronin 研究團隊繪制的聲納火山地形圖 | 來源：Shane Cronin
Cronin 表示，通常情況下即使巖漿的溫度達到 1,200℃，在緩慢上升到海水的過程中也會形成一層薄薄的蒸汽膜。這層薄膜會讓巖漿的外表面冷卻，形成絕緣體。
但是，當巖漿從充滿火山氣體的地下極速噴出時，海水的冷卻作用就失效了。當巖漿迅速進入水中時，任何蒸汽層都會迅速破裂，使高溫巖漿與冷水直接接觸。
火山研究人員稱這種現(xiàn)象為“燃料-冷卻劑相互作用”，類似于武器級的化學爆炸。極其猛烈的爆炸將巖漿撕裂形成了新的連鎖反應。更多巖漿碎片將更加炎熱的內(nèi)部表面暴露在水中，爆炸重復發(fā)生，最終噴射出火山顆粒，導致超音速爆炸。
在 1100 年的大噴發(fā)后，這種火山一直在深處堆積熔巖。隨著火山幾乎被填滿，少量的巖漿從火山中泄漏出來。一旦超過負荷，大量的巖漿結(jié)晶就會開始推動氣體壓力上升，且速度太快，無法通過小噴發(fā)釋放出來。當巨大的巖漿供應找到一個開口時，它會猛烈地減壓。
這次的噴發(fā)并非毫無預警。英國布里斯托爾大學（University Of Bristol）的火山學家Sam Mitchell 表示，2021 年 12 月 19 日這座火山曾有一系列爆炸，并形成了高約 1 萬 6000米的煙灰柱。但當時的科學家們并未在意，因為對于一座海底火山來說，它“沒有什么不尋常的”。
事實證明，“沒有什么不尋常的”并不是這座火山的宿命。隨著爆炸越來越強，從其煙灰柱中冒出的閃電數(shù)量讓任何一次火山噴發(fā)都相形見絀。
火山之所以會產(chǎn)生閃電，是因為火山灰柱中的顆粒相互碰撞，或者撞到大氣中的冰塊上，從而產(chǎn)生電荷。正負電荷被分開，從而引發(fā)一道道閃電。
最初，湯加火山的閃電是由總部位于芬蘭的氣象公司Vaisala探測到的。它們開發(fā)的 GLD360網(wǎng)絡可以用無線電波“噴發(fā)”的形式“聽到”閃電。在最初的兩周里，系統(tǒng)記錄到其每天幾百或幾千次 的閃電，確實沒有什么不尋常的?！拔也滤窃谇迩迳ぷ?，” Vaisala 的氣象學家 Chris Vagasky 說。
但到周五晚些時候和周六早上的時候，湯加火山在一小時內(nèi)制造了 20萬次閃電。相比之下，2018 年印尼 Anak Krakatau 火山噴發(fā)在一周內(nèi)只制造了34萬次閃電。
“我簡直不敢相信我看到的數(shù)字，” Vagasky 說，“在火山爆發(fā)時，你很少能看到這種情況。昨晚的地球沒有任何一個地方有這么多電?！?/p>
國家地理認為，從遠處看這些閃電可能很壯觀，但近距離感受時好似世界末日。電閃雷鳴之下火山在發(fā)出無盡的怒吼，宙斯的閃電長矛不斷擊中地面和海洋。這對在湯加其他島嶼上的任何人來說都是極其危險的。
那么，為什么這次火山噴發(fā)的閃電會打破記錄呢？
新墨西哥州 Los Alamos 國家實驗室的火山聲學研究員 Kathleen McKee 說，水的存在總是會增加閃電的幾率。當巖漿與淺層水混合時，水被猛烈加熱和蒸發(fā)，將巖漿炸成數(shù)百萬小塊。粒子越豐富、越細，產(chǎn)生的閃電就越多。
慕尼黑大學（Ludwig Maximilian University Of Munich）的實驗火山學家 Corrado Cimarelli 也對國家地理表示，噴發(fā)產(chǎn)生的熱量很容易將水蒸氣輸送到更冷、更高的大氣中，在那里變成冰。這為火山灰的碰撞和發(fā)電提供了大量的額外顆粒。
湯加火山爆發(fā)衛(wèi)星圖 | 來源：EPA
周六早上，衛(wèi)星圖像顯示兩座湯加小島中間的海域已經(jīng)被厚厚的火山灰完全覆蓋。對于這次噴發(fā)造成的全球海嘯， 科學家依然未能找到確切原因。西華盛頓大學貝靈漢分校（Western Washington University in Bellingham）的地震學家和火山學家 Jackie Caplan-Auerbach 說，爆炸涉及的能量實在是“令人震驚”。
Shane Cronin 在最近的一篇博客文章中補充說，這座火山在上一次噴發(fā)后補充了它的巖漿庫。在 1100年的大噴發(fā)后，火山的深處一直在堆積熔巖。隨著火山幾乎被填滿，少量的巖漿從火山中泄漏出來。一旦超過負荷，大量的巖漿結(jié)晶就會開始推動氣體壓力上升，且速度太快，無法通過小噴發(fā)釋放出來。當巨大的巖漿供應找到一個開口時，它會猛烈地減壓。
對于這次噴發(fā)的影響，氣候?qū)W家 Jim Salinger 認為空氣中釋放大量的二氧化硫（SO2）會將太陽的一些輻射反射出去，對局部地區(qū)產(chǎn)生一些冷卻作用，但不會對改變?nèi)驓夂颉?/p>
目前新西蘭和澳大利亞正在經(jīng)歷歷史上最熱的夏天。Salinger 認為在幾個月之后局部地區(qū)會降溫 0.1 至 0.5 攝氏度，一直持續(xù)到春季。
除此之外，湯加還可能出現(xiàn)酸雨和火山煙霧，這可能會對火山周圍地區(qū)的人類健康造成短期危害。
對 Smithsonian Institution’s 全球火山項目的科學家 Janine Krippner 來說，目前最關心的還是湯加人民的未來。因為這次的火山噴發(fā)可能會對這個國家造成令人難以置信的破壞，并且沒有知道是否這輪噴發(fā)已經(jīng)結(jié)束。
湯加運動員 Pita Taufatofua
為了幫助自己的人民，現(xiàn)居澳大利亞的著名湯加運動員 Pita Taufatofua 發(fā)起了眾籌。截至記者發(fā)稿時至，眾籌已得到了 265,449 澳幣的捐款。相信在太平洋國家和全球各國的幫助下，湯加人民一定會渡過難關。
參考文獻：
https://www.nationalgeographic.com/science/article/the-science-behind-the-tonga-eruption-and-tsunami
https://www.gofundme.com/f/tonga-tsunami-relief-by-pita-taufatofua
https://www.smh.com.au/world/oceania/the-equivalent-of-1000-hiroshima-bombs-world-watched-a-tremendous-explosion-in-tonga-20220116-p59oka.html
https://eos.org/science-updates/new-volcanic-island-unveils-explosive-past
本文來自微信公眾號 “學術(shù)頭條”（ID：SciTouTiao），作者：劉芳，36氪經(jīng)授權(quán)發(fā)布。
