原創(chuàng) 萬(wàn)物 把科學(xué)帶回家

撰文 沈夢(mèng)溪

2022年1月15日，湯加海底火山爆發(fā)的新聞一下子引起了全球的關(guān)注。得益于發(fā)達(dá)的監(jiān)控技術(shù)和社交網(wǎng)絡(luò)，人們有幸從多個(gè)維度看到了這座火山爆發(fā)時(shí)的模樣——火山直接掀飛一座曾經(jīng)由它自己制造出來(lái)的小島；火山灰直沖30千米的高空之上，形成了一個(gè)直徑500千米以上的巨大云團(tuán)；隨后帶來(lái)的海嘯則波及了整個(gè)環(huán)太平洋沿岸區(qū)域。

衛(wèi)星監(jiān)控下的湯加火山爆發(fā) 圖/wikipedia

而最新的數(shù)據(jù)則說(shuō)，它釋放的能量相當(dāng)于1000顆廣島原子彈爆炸，這無(wú)疑引起了人們的擔(dān)憂——它會(huì)繼疫情之后，再一次帶來(lái)世界級(jí)的災(zāi)難嗎？要說(shuō)清楚這一問(wèn)題，就得從頭說(shuō)起了。眾所周知，地球是分層的，我們?cè)谛W(xué)就學(xué)過(guò)地球的地殼、地幔和地核三個(gè)圈層結(jié)構(gòu)。其中地殼是固態(tài)的巖石圈層，而且密度是這三層中最低的；地幔不那么精確的講，就像是一團(tuán)熾熱的橡皮泥——不是液態(tài)，但是可以緩慢流動(dòng)；地核的密度和溫度最高，有科學(xué)家估計(jì)可能有6000℃左右，和太陽(yáng)表層相當(dāng)。

地球圈層結(jié)構(gòu) 圖/wikipedia

如果我們?cè)俸?jiǎn)化一下這個(gè)模型的話，就好像是一個(gè)火鍋爐子，地核是那團(tuán)火，地幔是火鍋湯，地殼就是漂浮在火鍋湯表層的白菜幫子。在火的加熱下，火鍋湯會(huì)沸騰翻滾，而漂著的白菜幫子則會(huì)因火鍋湯的翻騰而運(yùn)動(dòng)——這其實(shí)也就是地球地殼運(yùn)動(dòng)的原理。在地核的加熱下，地幔發(fā)生緩慢而堅(jiān)定的翻騰，漂浮在地幔上方的地殼則會(huì)隨之運(yùn)動(dòng)。在有些地方，地殼相互碰撞，在有些地方，地殼相互分離——這種地方科學(xué)家們稱之為板塊邊界。無(wú)論是碰撞邊界還是分離的邊界，發(fā)生地震和火山的概率都遠(yuǎn)超地殼板塊的其它地方。而本次湯加海底火山的位置，就正好位于其中澳大利亞板塊與太平洋板塊的交界處。

全球板塊邊界，環(huán)太平洋火環(huán)以及湯加的位置示意圖 圖/wikipedia

當(dāng)然，還要提一下的是，整個(gè)太平洋板塊實(shí)際上是一個(gè)非常活躍的板塊，它不斷與周邊的其它板塊（歐亞板塊、澳大利亞板塊、菲律賓板塊、北美洲板塊等）發(fā)生碰撞，因此在其板塊邊界上的火山和地震活動(dòng)非常活躍，因此這一板塊邊界又被稱為“環(huán)太平洋火環(huán)”，我們的鄰居——日本整個(gè)國(guó)家?guī)缀醵嘉挥谶@個(gè)火環(huán)上，因此地震和火山非常頻繁，最近網(wǎng)飛有一部《日本沉沒2020》，大家就可以帶著這個(gè)科學(xué)背景觀看。

說(shuō)回湯加火山爆發(fā)來(lái)。正因?yàn)樗牡乩砦恢?，所以?shí)際上科學(xué)家們對(duì)這里火山爆發(fā)并不意外，這里的火山，并不是會(huì)不會(huì)爆發(fā)的問(wèn)題，而是何時(shí)爆發(fā)的問(wèn)題。前些年科學(xué)家們對(duì)此地的海底地形進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)這里密布著大大小小的火山口，這些火山口在過(guò)去幾十年中就非?；钴S——2009年和2014年都曾經(jīng)劇烈爆發(fā)過(guò)，其中2014年的爆發(fā)還形成了一個(gè)新的火山島，將兩座原本就存在的小島連在了一起，形成了一個(gè)長(zhǎng)約5千米的聯(lián)合島。這個(gè)島嶼就是我們?cè)谇拔恼f(shuō)到的，也是新聞中大肆報(bào)道的那個(gè)被火山爆發(fā)掀飛的島嶼。

火山爆發(fā)形成新島連接了兩個(gè)比較古老的島嶼，形成了一個(gè)巨大的新島，其中的火山口還清晰可見 圖/谷歌地球截圖

不過(guò)這些大大小小的火山口其實(shí)只是真正火山口的邊緣，科學(xué)家們經(jīng)過(guò)細(xì)致調(diào)查后發(fā)現(xiàn)，真正的火山口位于這個(gè)新島嶼的東南方的海底深處，其高度約為1800米，寬度約為20千米，這些往?；钴S的火山口只是真正火山的火山口邊緣的小噴發(fā)口而已。本次噴發(fā)的，才是真正的火山口。

紅圈內(nèi)才是整個(gè)真正的火山口 圖/S. J. Cronin, M. Brenna, I. E. M. Smith, S. J. Barker, M. Tost, M. Ford, S. Tonga’onevai, T. Kula and R. Vaiomounga，2017

科學(xué)家們對(duì)這一火山周邊的沉積物進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)差不多每過(guò)1000年，它就會(huì)劇烈爆發(fā)一次（這里的一次，并不是真的只有一次噴發(fā)，而是由多次巨大噴發(fā)組成的一段幾周到幾個(gè)月，甚至幾年的一個(gè)火山活動(dòng)活躍期），然后就進(jìn)入了漫長(zhǎng)的蓄能期，以往的小火山口爆發(fā)，只是它“充電”快充滿的征兆而已。考慮到這一火山上次爆發(fā)的時(shí)間正好在公元1100年左右，今年它的爆發(fā)算是很準(zhǔn)時(shí)了。

由于這次火山爆發(fā)在社交媒體上的影響力巨大，很多媒體頻頻引用了一個(gè)詞：無(wú)夏之年，擔(dān)憂本次火山爆發(fā)產(chǎn)生的火山灰和二氧化硫氣體進(jìn)入大氣候?qū)е氯驓夂蜃兝?，帶?lái)一個(gè)繼疫情之后的又一個(gè)全球級(jí)的災(zāi)難。

科學(xué)家們根據(jù)火山噴發(fā)中噴出物的體積，將火山爆發(fā)的強(qiáng)烈程度進(jìn)行了排序，并制定出了火山爆發(fā)指數(shù)（VEI），整個(gè)指數(shù)從0-8分為9級(jí)，每一級(jí)都是更小一級(jí)爆發(fā)威力的10倍，而其噴發(fā)物的體積也以10倍為單位增長(zhǎng)。

不同VEI級(jí)別火山噴發(fā)物的體積對(duì)比 圖/wikipedia

根據(jù)目前的火山爆發(fā)情況來(lái)看，本次的VEI指數(shù)可能是5左右，噴發(fā)出來(lái)的二氧化硫氣體只有大約40萬(wàn)噸左右，當(dāng)然由于本次火山活動(dòng)并未結(jié)束，在未來(lái)還可能長(zhǎng)期活動(dòng)，因此VEI指數(shù)以及二氧化硫氣體量都有可能會(huì)繼續(xù)調(diào)整。但是對(duì)比一下歷史，就會(huì)發(fā)現(xiàn)，這次噴發(fā)的影響并不算大。

真正的無(wú)夏之年，是指1816年，它是由1815年印尼坦博拉火山的爆發(fā)導(dǎo)致的。坦博拉火山才是人類歷史上規(guī)模最大的一次火山爆發(fā)，其VEI指數(shù)為7，噴發(fā)出來(lái)了160-213立方千米的物質(zhì)，估計(jì)其噴發(fā)出的二氧化硫氣體為2500~3000萬(wàn)噸左右，從而導(dǎo)致全球氣溫在1816年下降0.53℃，并導(dǎo)致糧食減產(chǎn)和全球性饑荒。

坦博拉火山口全景圖 圖/wikipedia

即使是進(jìn)入20世紀(jì)以后，也有1次比湯加火山爆發(fā)威力更大的火山爆發(fā)事件。這就是1991年皮納圖博火山爆發(fā)了，它的VEI指數(shù)為6，但也帶出了約100億噸巖漿和2000萬(wàn)噸二氧化硫，導(dǎo)致全球平均溫度下降約0.5℃。

皮納圖博火山爆發(fā) 圖/wikipedia

而科學(xué)家們?cè)诮y(tǒng)計(jì)了過(guò)去10000年來(lái)各VEI級(jí)別火山的爆發(fā)次數(shù)后發(fā)現(xiàn)，VEI指數(shù)5的火山爆發(fā)次數(shù)是166次，也就是說(shuō)平均下來(lái)60年就會(huì)發(fā)生一次；而VEI指數(shù)6的火山爆發(fā)次數(shù)是51次，平均下來(lái)不到200年一次，從這個(gè)角度來(lái)看，目前VEI指數(shù)5左右的湯加火山其實(shí)在火山界也就是個(gè)弟弟，它的威力只在社交媒體上才顯得那么強(qiáng)大。

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參考資料：

https://docs.qq.com/doc/DQnpRRUpJZXJJTk5G

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原標(biāo)題：《相當(dāng)于1000顆廣島原子彈的湯加火山爆發(fā)，在火山界其實(shí)只是一個(gè)小弟弟》

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