The Innovation | “苏醒”的汤加火山

导 读

2022年1月15日，南太平洋岛国汤加发生了本世纪以来最大的一次火山喷发事件（图1），引发的海啸袭击了周边国家，并横跨了整个太平洋。超过8万人受到火山爆发的影响，饮用水被污染，通信网络被破坏…… 2022年2月15日，The Innovation在线发表了题为“Reawaking of Tonga volcano”的文章，对本次事件进行了回顾和讨论。

图1 汤加火山1月15日喷发的卫星云图（来自NASA网站）

此次喷发的Hunga Tonga-Hunga Haʻapai火山位于汤加塔普（Tongatabu）岛以北约65公里处。在这里，南太平洋板块向西俯冲至印度-澳大利亚板块下方，形成了汤加-克马德克火山弧（图2A）。火山的整体高度超过1800米，火山口直径约5000米，大部分位于海平面以下，只有两个小岛露出水面（图2B）。该火山的喷发活动可追溯到900年前，近代有记载的火山活动分别发生在1912年、1937年、1988年、2009年和2014-2015年，其中2014-2015年的火山口位于两岛之间（图2B），喷发物形成了一块新的陆地，曾被NASA称为地球上“最年轻”的陆地。

图2 A. 汤加塔普岛与Hunga Tonga-Hunga Haʻapai火山所处的地理位置与构造背景；B. 火山历次喷发海表残留岛屿的形状；C. 全球范围内不同等级的火山喷发参数

经过近7年的休眠，这座火山于2021年底再度喷发，2022年1月14日，巨大的爆炸抹去了岛屿中心区域，喷发柱高达20公里，次日火山再次猛烈喷发，喷发柱高度超过30公里。卫星影像显示，火山岛大部分被摧毁，只剩两岛的小部分露出海面（图2B）。尽管目前还没有关于火山喷发物体积的官方数据报道，但根据喷发柱高度等初步估计火山爆发指数（VEI）可能达到了5级，意味着本次喷发可能是继1991年菲律宾皮纳图博火山喷发后全球范围内最剧烈的火山喷发事件。火山爆发释放的能量巨大，整个南太平洋岛国都能听到声响，卫星探测到了大量快速移动的同心圆大气重力波。

与之相伴的是，火山爆发在汤加周围引发了2-15米高的海啸，距离火山喷发中心1万公里外的秘鲁也观测到了近2米高的海啸。火山喷发后，2厘米厚的火山灰覆盖了整个汤加塔普岛，悬浮的火山灰严重影响航空安全和通讯网络。此外，由于火山灰和有毒金属颗粒等对饮用水和农业土壤的污染，在未来几个月甚至几年内当地人都将面临健康风险。爆炸性火山喷发将大量火山灰和SO₂喷入平流层进而影响全球气候，例如，1815年坦博拉火山爆发导致了1816年的“无夏之年”；1991年皮纳图博火山爆发导致全球气温下降了0.5°C（图2C）。值得注意的是，本次汤加火山的喷发柱高达30公里，与1982年墨西哥埃尔奇琼火山喷发柱高度接近，但产生的SO₂气体仅0.4百万吨，远少于上述火山（图2C），这意味着如果后续没有大规模的喷发，此次事件引起全球气候显著变化的可能性较小。

另一个受关注的问题是，火山是否还有潜在喷发的危险？一次火山喷发事件可以持续几天甚至几年时间，例如，菲律宾皮纳图博火山爆发始于1991年3月，喷发高潮在同年的6月，此后没有发生大规模喷发；美国的圣海伦斯火山在1980年5级爆发后，火山喷发活动断断续续发生，到1986年还未完全停止。历史记录显示，1月15日的喷发可能是该火山目前已知最大的一次，大规模火山喷发通常会从岩浆房中喷射出大量物质，而重新积累足够下次大规模喷发的岩浆和能量需要时间。火山喷发至今没有观测到其他小规模的喷发活动或前兆（如地热异常、火山脱气等）。因此，汤加火山同一火山口发生类似或更大规模喷发的可能性很小，但低VEI等级的喷发活动（例如1~2级）可能会持续数年甚至数十年。

由于监测数据有限，很难通过岩浆房的活动对未来的火山喷发进行准确预测，特别是对于海底火山喷发，大多数前兆现象只能远程探测，使得这种判断存在巨大的不确定性。新西兰奥克兰大学的火山学家Cronin与同事分析了此次火山喷发散落的火山灰，初步结果表明，火山灰成分与2014-2015年的喷发物有所不同，可能来源于地球深部新岩浆的补给。此外，火山喷发后汤加周边4.0级以上地震频发，可能是深部岩浆仍在活动的表征。

总结与展望

海底火山喷发约占全球火山活动的四分之三，但由于上覆海水压力阻止火山岩浆中气泡的形成和膨胀，大多数喷发不会产生特别高的喷发柱，甚至不会露出海水表面。2022年1月15日汤加火山的喷发是个特例，火山口距海表只有不到200米，这种条件下水压无法抑制火山爆发。当海水遇到高温岩浆时，可以快速形成膨胀的蒸汽，通过这种方式将岩浆的热能有效转化为动能，最终导致爆炸性的喷发。这次火山喷发让全世界认识到海底火山喷发的巨大危害，也为火山学家们更好地理解这种喷发的机制与影响提供了一个窗口，正如新西兰火山学家Nico Fournier所说，“汤加火山为了解海底火山如何喷发撕开了一道口子”。

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原文链接：https://www.cell.com/the-innovation/fulltext/S2666-6758(22)00014-5

本文内容来自Cell Press合作期刊The Innovation第三卷第二期以News & BUZZ发表的“Reawaking of Tonga volcano” (投稿: 2022-01-24；接收: 2022-02-13；在线刊出: 2022-02-15)。

DOI: https://doi.org/10.1016/j.xinn.2022.100218

引用格式：Zhao W., Sun C., Guo Z. (2022). Reawaking of Tonga volcano. The Innovation. 3(2),100218.

作者简介

郭正府，中国科学院地质与地球物理研究所研究员，博士生导师。现任中国灾害防御协会火山专业委员会主任、国际火山学与地球内部化学协会中国委员会主席。主要从事火山活动与环境演变相关研究。

Web: http://sourcedb.igg.cas.cn/cn/zjrck/200907/t20090713_2065547.html

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