青島科學(xué)家判斷湯加火山進(jìn)入活躍期 未來幾年或有更大規(guī)模噴發(fā)

北京時間2022年1月15日中午12點(diǎn)10分前后,南太平洋島國湯加的洪阿·哈阿帕伊島附近發(fā)生猛烈的火山噴發(fā),初步判斷噴發(fā)強(qiáng)度達(dá)到火山噴發(fā)指數(shù)5級以上,與公元79年形成龐貝古城的維蘇威火山相當(dāng),略低于1991年菲律賓皮納圖博火山。

為什么湯加會發(fā)生大規(guī)模的火山噴發(fā)?本次湯加火山噴發(fā)會否對全球氣候產(chǎn)生影響?湯加火山的未來發(fā)展趨勢如何?1月26日晚,在首期海洋地學(xué)論壇(MGF)半月談特別報道講座中,中國科學(xué)院海洋研究所、青島海洋科學(xué)與技術(shù)試點(diǎn)國家實(shí)驗室孫衛(wèi)東研究員揭秘了湯加火山噴發(fā)背后的故事。孫衛(wèi)東與青島多位科學(xué)家研究表明,湯加火山由太平洋板塊俯沖產(chǎn)生,本次噴發(fā)對全球氣溫的影響微乎其微,但頻繁噴發(fā)說明進(jìn)入了活躍期,未來幾年或有更大規(guī)模噴發(fā)。

這是一次“來自地球內(nèi)部的能量迸發(fā)”

湯加火山屬于海底火山。海底火山,是在淺海和大洋底部形成的火山。據(jù)統(tǒng)計,全球約有2萬多座海底火山,其中太平洋占據(jù)一半以上,湯加火山即在其內(nèi)。孫衛(wèi)東長期從事海洋地質(zhì)研究,他把湯加火山噴發(fā)稱之為“來自地球內(nèi)部的能量迸發(fā)”。因為湯加位于西太平洋的湯加--克馬德克俯沖帶上,是環(huán)太平洋俯沖帶的重要組成部分;而湯加火山位于海底1800米深處,由太平洋板塊俯沖產(chǎn)生。

“湯加-克馬德克俯沖帶是大約5200萬年前太平洋轉(zhuǎn)向形成的?！睂O衛(wèi)東介紹,太平洋板塊下插到澳大利亞-新西蘭板塊之下,板塊俯沖過程中,太平洋板塊不斷將水、沉積物和大洋板片帶進(jìn)地球深部,隨著溫度和壓力的逐步升高,形成熔融的巖漿,巖漿上涌噴發(fā)到海底,產(chǎn)生海底火山。

湯加火山噴發(fā)釋放了約40萬噸的二氧化硫。

由于湯加-克馬德克俯沖帶上的巖漿富含水蒸氣、二氧化硫等,有利于形成強(qiáng)烈的火山噴發(fā)現(xiàn)象。湯加火山是目前全球最活躍的活火山之一。據(jù)新西蘭火山學(xué)家Cronin等人研究,該火山每一千年就有一次強(qiáng)烈的噴發(fā)。上一次劇烈噴發(fā)發(fā)生在公元1100年,每一次劇烈噴發(fā)都會先后產(chǎn)生多次不同等級的噴發(fā)。資料顯示,湯加火山此前在2009年、2014年、2015年、2019年和2021年曾發(fā)生多次噴發(fā)。1月14日火山噴發(fā)釋放的能量約是去年12月20日的7倍,1月15日再次噴發(fā),噴發(fā)量較14日增加了數(shù)倍。孫衛(wèi)東等科學(xué)家認(rèn)為,現(xiàn)在還不確定1月15日的噴發(fā)就是湯加火山此次噴發(fā)峰期的最大噴發(fā)。而如此頻繁的噴發(fā),說明該火山進(jìn)入活躍期,其深部可能存在較大的巖漿房,未來幾年可能有更大規(guī)模的噴發(fā)。

形成的蘑菇云面積接近法國的一半

湯加火山的噴發(fā)中心位于洪阿·哈阿帕伊島和洪阿湯加島附近,位于海平面以下約150米至300米處。此次噴發(fā),形成了直徑約450千米的火山灰柱,不僅將兩個小島完全破壞,一度導(dǎo)致湯加全國信號中斷,而且引發(fā)了大規(guī)模海嘯,對南半球的新西蘭、澳大利亞等國家都造成影響。

湯加火山位于西太平洋湯加-克馬德克俯沖帶上。

“湯加火山噴發(fā)將約5立方千米的火山灰噴到大氣中,大量火山灰噴射到超過30千米的高空,形成了一個直徑約450千米的火山灰柱,進(jìn)入平流層?！焙Ｑ笏芯繂T孫曉樂說,在火山灰向西漂移的過程中,少量火山灰甚至到達(dá)39千米高空。從噴發(fā)量來看,湯加火山與菲律賓皮納圖博火山非常接近。不過,皮納圖博火山灰大量噴發(fā)到了40千米的高空,高于湯加火山的噴發(fā)高度,究其原因是湯加火山是水下噴發(fā)。

科學(xué)家對湯加火山噴發(fā)進(jìn)行了評估。美國NASA學(xué)者認(rèn)為,此次湯加火山噴發(fā)釋放的能量超過1000萬噸TNT。澳大利亞國立大學(xué)著名學(xué)者Richard Arculus教授認(rèn)為噴發(fā)釋放的能量超過1000顆廣島原子彈,約為1500萬噸TNT。奧地利學(xué)者則認(rèn)為,此次火山噴發(fā)釋放的能量超過5000萬噸TNT。湯加火山噴發(fā)形成了火山灰蘑菇云,其直徑約為“沙皇”氫彈爆炸產(chǎn)生的蘑菇云的3倍。有人將此次湯加火山噴發(fā)所形成的火山灰蘑菇云與法國進(jìn)行對比,其面積接近法國面積的一半。

眾多比較從側(cè)面反映了湯加火山噴發(fā)的規(guī)模。不過,海洋所和海洋試點(diǎn)國家實(shí)驗室的科研人員田凡凡、謝國治、王鯤、王宏等人也認(rèn)為,核彈爆炸的能量密度遠(yuǎn)高于火山灰和煙塵,而火山灰和氣體可以形成更大的蘑菇云。因此,核彈與火山有很大差別,兩者的比較沒有準(zhǔn)確的科學(xué)意義。

據(jù)海洋試點(diǎn)國家實(shí)驗室模擬計算:對全球氣候的影響微乎其微

據(jù)新華社消息,秘魯政府20日宣布進(jìn)入環(huán)境緊急狀態(tài),緣由是湯加火山噴發(fā)掀起的巨浪導(dǎo)致一家煉油廠發(fā)生石油泄漏,污染21處海灘。截至1月23日,湯加火山噴發(fā)及引發(fā)的海嘯已造成6人死亡。目前湯加飲用水仍是急缺資源,基礎(chǔ)設(shè)施受創(chuàng)嚴(yán)重,電力供應(yīng)短缺,經(jīng)常數(shù)小時或一整天停電。此外,湯加通信仍未完全恢復(fù),網(wǎng)絡(luò)只是偶爾間斷性恢復(fù),數(shù)據(jù)傳輸困難。

湯加火山噴發(fā)形成的火山灰蘑菇云。

本次湯加火山噴發(fā),對湯加在內(nèi)的不少太平洋沿岸國家造成了影響。除了聚焦地區(qū)影響外,公眾的另外一個關(guān)注點(diǎn)是會否對全球氣候產(chǎn)生影響。據(jù)介紹,火山灰噴發(fā)高度是影響火山噴發(fā)致災(zāi)強(qiáng)度的一個重要因素。噴發(fā)到平流層的火山灰和二氧化硫會破壞臭氧層,形成氣溶膠,阻擋陽光照射到地表。大規(guī)?；鹕絿姲l(fā)會導(dǎo)致全球變冷,形成“火山冬天”。

專家認(rèn)為,湯加火山是海底火山,其噴發(fā)釋放的火山灰和有毒氣體比同等當(dāng)量的地表噴發(fā)火山大幅度減少,火山灰的噴發(fā)高度也大幅度下降。此次湯加火山噴發(fā)等級接近1991年菲律賓皮納圖博火山,但是由于是海底噴發(fā),火山灰噴發(fā)的高度約30千米,低于后者的40千米。與此同時,由于海水壓力的作用,海底噴發(fā)的火山氣體中二氧化硫的含量會大幅度下降。目前觀測數(shù)據(jù)顯示,噴發(fā)的二氧化硫只有40萬噸,遠(yuǎn)低于皮納圖博火山噴發(fā)釋放的2000萬噸,而一般認(rèn)為至少500萬噸二氧化硫進(jìn)入上層大氣才會對氣候產(chǎn)生影響。據(jù)海洋試點(diǎn)國家實(shí)驗室模擬計算,此次火山噴發(fā)對氣候的影響甚微。

本次湯加海底火山爆發(fā),噴發(fā)高度較低、二氧化硫排放量較小,雖然對全球氣候變化影響不大,但對附近海域的影響可能會比較顯著。青島科學(xué)家認(rèn)為,火山灰提供大量鐵等痕量元素,會促進(jìn)表層海水內(nèi)初級生產(chǎn)激增,提高海洋生物的種群數(shù)量;火山灰溶解還可顯著促進(jìn)碳酸鈣生成和沉積,可能成為沉積物內(nèi)的重要碳匯。

青島科學(xué)家重任:加快認(rèn)識地球深部運(yùn)轉(zhuǎn)規(guī)律

火山噴發(fā)是地球內(nèi)部運(yùn)動的產(chǎn)物,而海底火山噴發(fā)是所有火山噴發(fā)中研究程度最低的噴發(fā)方式。西太平洋是全球最主要爆發(fā)式的海底火山噴發(fā)區(qū)。這些火山活動多與板塊俯沖密切相關(guān)。大規(guī)模海底火山噴發(fā),又對海洋和大氣產(chǎn)生重大影響。以上均是海洋試點(diǎn)國家實(shí)驗室主持的基金委重大研究計劃“西太平洋地球系統(tǒng)多圈層相互作用”的重點(diǎn)研究內(nèi)容。

“地球內(nèi)部如何運(yùn)行”一直是困擾科學(xué)家的難題,是《科學(xué)》雜志創(chuàng)刊125周年時提出的125個科學(xué)問題之一?！拔魈窖蟮厍蛳到y(tǒng)多圈層相互作用”重大研究計劃,由中國科學(xué)院院士、海洋試點(diǎn)國家實(shí)驗室主任、中國海洋大學(xué)副校長吳立新?lián)螌＜医M組長,匯集了我國海洋與固體地球科學(xué)一大批優(yōu)秀科學(xué)家,圍繞“西太平洋復(fù)雜地形對海洋動力過程和氣候系統(tǒng)的影響”、“西太平洋流固界面跨圈層物質(zhì)與能量交換過程”和“西太平洋板塊俯沖與地球深部流固相互作用”三大關(guān)鍵科學(xué)問題開展跨尺度、跨圈層的多學(xué)科交叉研究,力爭在相關(guān)問題上取得重要原創(chuàng)性突破。

據(jù)了解,大洋鉆探是了解地球內(nèi)部運(yùn)動的重要途徑,該內(nèi)容長期由美國等西方國家主導(dǎo)。目前,青島正在加快“夢想號”大洋鉆探船這一國之重器研發(fā)建設(shè),通過建造全球第三條大洋鉆探船,搶抓機(jī)遇,積極探索海底深部鉆探新技術(shù)、新方法、新裝備,協(xié)同推進(jìn)深海與深地研究,加快認(rèn)識地球深部運(yùn)轉(zhuǎn)規(guī)律。(青島日報/觀海新聞記者 李勛祥)