青岛科学家判断汤加火山进入活跃期 未来几年或有更大规模喷发

北京时间2022年1月15日中午12点10分前后,南太平洋岛国汤加的洪阿·哈阿帕伊岛附近发生猛烈的火山喷发,初步判断喷发强度达到火山喷发指数5级以上,与公元79年形成庞贝古城的维苏威火山相当,略低于1991年菲律宾皮纳图博火山。

为什么汤加会发生大规模的火山喷发?本次汤加火山喷发会否对全球气候产生影响?汤加火山的未来发展趋势如何?1月26日晚,在首期海洋地学论坛(MGF)半月谈特别报道讲座中,中国科学院海洋研究所、青岛海洋科学与技术试点国家实验室孙卫东研究员揭秘了汤加火山喷发背后的故事。孙卫东与青岛多位科学家研究表明,汤加火山由太平洋板块俯冲产生,本次喷发对全球气温的影响微乎其微,但频繁喷发说明进入了活跃期,未来几年或有更大规模喷发。

这是一次“来自地球内部的能量迸发”

汤加火山属于海底火山。海底火山,是在浅海和大洋底部形成的火山。据统计,全球约有2万多座海底火山,其中太平洋占据一半以上,汤加火山即在其内。孙卫东长期从事海洋地质研究,他把汤加火山喷发称之为“来自地球内部的能量迸发”。因为汤加位于西太平洋的汤加--克马德克俯冲带上,是环太平洋俯冲带的重要组成部分;而汤加火山位于海底1800米深处,由太平洋板块俯冲产生。

“汤加-克马德克俯冲带是大约5200万年前太平洋转向形成的。”孙卫东介绍,太平洋板块下插到澳大利亚-新西兰板块之下,板块俯冲过程中,太平洋板块不断将水、沉积物和大洋板片带进地球深部,随着温度和压力的逐步升高,形成熔融的岩浆,岩浆上涌喷发到海底,产生海底火山。

汤加火山喷发释放了约40万吨的二氧化硫。

由于汤加-克马德克俯冲带上的岩浆富含水蒸气、二氧化硫等,有利于形成强烈的火山喷发现象。汤加火山是目前全球最活跃的活火山之一。据新西兰火山学家Cronin等人研究,该火山每一千年就有一次强烈的喷发。上一次剧烈喷发发生在公元1100年,每一次剧烈喷发都会先后产生多次不同等级的喷发。资料显示,汤加火山此前在2009年、2014年、2015年、2019年和2021年曾发生多次喷发。1月14日火山喷发释放的能量约是去年12月20日的7倍,1月15日再次喷发,喷发量较14日增加了数倍。孙卫东等科学家认为,现在还不确定1月15日的喷发就是汤加火山此次喷发峰期的最大喷发。而如此频繁的喷发,说明该火山进入活跃期,其深部可能存在较大的岩浆房,未来几年可能有更大规模的喷发。

形成的蘑菇云面积接近法国的一半

汤加火山的喷发中心位于洪阿·哈阿帕伊岛和洪阿汤加岛附近,位于海平面以下约150米至300米处。此次喷发,形成了直径约450千米的火山灰柱,不仅将两个小岛完全破坏,一度导致汤加全国信号中断,而且引发了大规模海啸,对南半球的新西兰、澳大利亚等国家都造成影响。

汤加火山位于西太平洋汤加-克马德克俯冲带上。

“汤加火山喷发将约5立方千米的火山灰喷到大气中,大量火山灰喷射到超过30千米的高空,形成了一个直径约450千米的火山灰柱,进入平流层。”海洋所研究员孙晓乐说,在火山灰向西漂移的过程中,少量火山灰甚至到达39千米高空。从喷发量来看,汤加火山与菲律宾皮纳图博火山非常接近。不过,皮纳图博火山灰大量喷发到了40千米的高空,高于汤加火山的喷发高度,究其原因是汤加火山是水下喷发。

科学家对汤加火山喷发进行了评估。美国NASA学者认为,此次汤加火山喷发释放的能量超过1000万吨TNT。澳大利亚国立大学著名学者Richard Arculus教授认为喷发释放的能量超过1000颗广岛原子弹,约为1500万吨TNT。奥地利学者则认为,此次火山喷发释放的能量超过5000万吨TNT。汤加火山喷发形成了火山灰蘑菇云,其直径约为“沙皇”氢弹爆炸产生的蘑菇云的3倍。有人将此次汤加火山喷发所形成的火山灰蘑菇云与法国进行对比,其面积接近法国面积的一半。

众多比较从侧面反映了汤加火山喷发的规模。不过,海洋所和海洋试点国家实验室的科研人员田凡凡、谢国治、王鲲、王宏等人也认为,核弹爆炸的能量密度远高于火山灰和烟尘,而火山灰和气体可以形成更大的蘑菇云。因此,核弹与火山有很大差别,两者的比较没有准确的科学意义。

据海洋试点国家实验室模拟计算:对全球气候的影响微乎其微

据新华社消息,秘鲁政府20日宣布进入环境紧急状态,缘由是汤加火山喷发掀起的巨浪导致一家炼油厂发生石油泄漏,污染21处海滩。截至1月23日,汤加火山喷发及引发的海啸已造成6人死亡。目前汤加饮用水仍是急缺资源,基础设施受创严重,电力供应短缺,经常数小时或一整天停电。此外,汤加通信仍未完全恢复,网络只是偶尔间断性恢复,数据传输困难。

汤加火山喷发形成的火山灰蘑菇云。

本次汤加火山喷发,对汤加在内的不少太平洋沿岸国家造成了影响。除了聚焦地区影响外,公众的另外一个关注点是会否对全球气候产生影响。据介绍,火山灰喷发高度是影响火山喷发致灾强度的一个重要因素。喷发到平流层的火山灰和二氧化硫会破坏臭氧层,形成气溶胶,阻挡阳光照射到地表。大规模火山喷发会导致全球变冷,形成“火山冬天”。

专家认为,汤加火山是海底火山,其喷发释放的火山灰和有毒气体比同等当量的地表喷发火山大幅度减少,火山灰的喷发高度也大幅度下降。此次汤加火山喷发等级接近1991年菲律宾皮纳图博火山,但是由于是海底喷发,火山灰喷发的高度约30千米,低于后者的40千米。与此同时,由于海水压力的作用,海底喷发的火山气体中二氧化硫的含量会大幅度下降。目前观测数据显示,喷发的二氧化硫只有40万吨,远低于皮纳图博火山喷发释放的2000万吨,而一般认为至少500万吨二氧化硫进入上层大气才会对气候产生影响。据海洋试点国家实验室模拟计算,此次火山喷发对气候的影响甚微。

本次汤加海底火山爆发,喷发高度较低、二氧化硫排放量较小,虽然对全球气候变化影响不大,但对附近海域的影响可能会比较显著。青岛科学家认为,火山灰提供大量铁等痕量元素,会促进表层海水内初级生产激增,提高海洋生物的种群数量;火山灰溶解还可显著促进碳酸钙生成和沉积,可能成为沉积物内的重要碳汇。

青岛科学家重任:加快认识地球深部运转规律

火山喷发是地球内部运动的产物,而海底火山喷发是所有火山喷发中研究程度最低的喷发方式。西太平洋是全球最主要爆发式的海底火山喷发区。这些火山活动多与板块俯冲密切相关。大规模海底火山喷发,又对海洋和大气产生重大影响。以上均是海洋试点国家实验室主持的基金委重大研究计划“西太平洋地球系统多圈层相互作用”的重点研究内容。

“地球内部如何运行”一直是困扰科学家的难题,是《科学》杂志创刊125周年时提出的125个科学问题之一。“西太平洋地球系统多圈层相互作用”重大研究计划,由中国科学院院士、海洋试点国家实验室主任、中国海洋大学副校长吴立新担任专家组组长,汇集了我国海洋与固体地球科学一大批优秀科学家,围绕“西太平洋复杂地形对海洋动力过程和气候系统的影响”、“西太平洋流固界面跨圈层物质与能量交换过程”和“西太平洋板块俯冲与地球深部流固相互作用”三大关键科学问题开展跨尺度、跨圈层的多学科交叉研究,力争在相关问题上取得重要原创性突破。

据了解,大洋钻探是了解地球内部运动的重要途径,该内容长期由美国等西方国家主导。目前,青岛正在加快“梦想号”大洋钻探船这一国之重器研发建设,通过建造全球第三条大洋钻探船,抢抓机遇,积极探索海底深部钻探新技术、新方法、新装备,协同推进深海与深地研究,加快认识地球深部运转规律。(青岛日报/观海新闻记者 李勋祥)