湯加人米爾·陶法（Mere Taufa）一家正在準備晚飯，突然就听到巨響。陶法的弟弟還以為是有炸彈在附近爆炸。但事實上，那是湯加的一座海底火山，發生了極其猛烈的噴發。

撰文| 栗子、二七

海底火山噴發釋放的火山灰和蒸汽，與空氣夾雜在一起，形成巨大的羽流，衝上了大約3萬米高空，而民航飛機飛行高度通常也只有1萬米左右。這股厚重的羽流遮天蔽日，令南太平洋諸島籠罩在火山灰的陰霾之下。

於是，空氣質量受到嚴重影響，湯加當局已經在提醒民眾帶好口罩，保護肺部。同時遭受污染的還有水源，淡水成了人們迫切需求的資源。但對陶法一家人來說，更要命的是火山噴發導致的海嘯襲擊了他們所在的地區，海水很快灌進房子，所有人都拼命往地勢高的地方逃。

災難發生幾小時後，災區與外界的大部分聯繫方式都被切斷。原本湯加境內的電話和網絡服務，幾乎全靠海底電纜來支撐，而海底火山噴發破壞了電纜。用來替代電纜的衛星通信，又因為火山灰的存在而受到阻礙。一時間，各地的傷亡情況難以知曉。

那麼，這次火山噴發到底有多大的威力，又為什麼會產生這樣猛烈的噴發？

爆炸聲傳到數千千米外

此次噴發的海底火山，全名叫洪阿湯加-洪阿哈帕伊（Hunga Tonga-Hunga Haʻapai，下文簡稱“湯加火山”），是一座距離湯加本島僅有40千米的火山島。如果你覺得這個名字很繞，其實洪阿湯加和洪阿哈帕伊本為兩座小島，是一次火山噴發，讓它們合為一體。

而新一輪的噴發，則是從2021年12月20日開始，那時的爆炸聲從170千米外也聽得到。此後，噴發斷斷續續，直到今年1月5日，火山活動終於停歇下來。但沒過幾天，1月13日這座火山又把火山灰送上17000米高空，湯加政府還因此發布了海嘯預警。而緊隨其後的，便是1月15日那場罕見的猛烈噴發。

這一次，爆炸聲不光震懾到了身處湯加的陶法一家，還在火山噴發的7小時後，被數千千米之外的阿拉斯加居民聽到，傳播時速約有830千米。與此威力相比，先前那些大大小小的噴發，都顯得不足掛齒。

那麼，巨大的爆炸聲從何而來？

這是一座海底火山，如果岩漿是從地底緩緩進入海水，岩漿和水之間會形成一層薄薄的蒸汽膜。就算1200℃高溫的岩漿遇上冰冷的海水，那層薄膜也會讓岩漿冷卻下來。但是，如果岩漿從充滿火山氣體的地下噴薄而出，迅速進入海水噹中，任何蒸汽膜都會破裂，讓高溫岩漿直接接觸到冰冷的海水。在科學家看來這便是燃料-冷卻劑相互作用，就像武器級的爆炸那樣。

當爆炸把岩漿撕裂成碎片，然後新的高溫表面又和冷水接觸，繼續發生爆炸……周而復始，便可能產生非常劇烈的爆炸。諾貝爾獎物理學獎得主、澳大利亞國立大學的布萊恩·施密特教授相信，此次火山噴發中的爆炸，威力相當於1000顆廣島原子彈。

在火山學者眼中，這是湯加火山千年一遇的猛烈噴發。衛星成像結果顯示出巨大的火山灰雲，也顯示了從火山口附近迅速擴散的衝擊波（shockwave）。在湯加，有許多房屋的玻璃被沖擊波震碎，而在火山噴發引起的越洋海嘯中，衝擊波也發揮著作用。

目前已有許多國家發布海嘯預警。比如，離我國不遠的日本奄美市，在15日晚監測到1.2米的水位升幅，日本便針對奄美群島等地區發布了海嘯預警。我國香港曾在15日晚已經監測到氣壓急升，但尚未發現明顯的水位上漲。

當然，首當其衝的還是湯加，特別是火山島附近的區域，也就是哈帕伊群島中的其他島嶼，至少有6000居民生活在那裡。由於湯加國內的通訊系統受到嚴重破壞，目前正在修復當中，想要得知各地的受災情況，可能還需要一段時間。

噴發的“破火山口”

湯加火山位於太平洋板塊與印度-澳大利亞板塊俯衝邊界上，是湯加-克馬德克群島火山弧的一部分。在過去的幾十年裡，湯加火山其實已經發生過很多次噴發事件。2014年12月下旬，湯加火山的一次小規模噴發，將大量的蒸汽和火山灰噴向空中。這場噴發持續了大約5個星期，噴發結束時，洪阿湯加和洪阿哈帕伊兩個小島被沉積物連成了一座島，島中央能看到一個明顯的火山錐。

然而這並不是真正的火山口，湯加火山真正的火山口（破火山口，caldera）隱藏在海面之下，直徑約20千米。我們印像中那種典型的錐狀火山口往往來自成層火山（stratovolcano，又稱複合式火山），熔岩流和火山碎屑物相互成層，逐漸積累成我們熟悉的圓錐狀。然而相比之下，破火山口看起來像一個廣口盤子一樣。

湯加火山的破火山口隱藏在海面之下（圖片來源：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）

破火山口火山與成層火山和盾狀火山的差別不僅在於外觀，還在於噴發規模。破火山口火山往往是在地下的岩漿房積累到足夠規模後，大量岩漿一次性噴湧而出。這時，已經清空或半空的岩漿房無力支撐上方的岩石，地表就會向下塌陷，形成一個巨大的“碗”。也正因如此，破火山口火山噴發的規模往往比成層火山更大。

這樣的特點似乎使湯加火山注定會迎來一次大規模的噴發。正在英國劍橋大學進行岩石學和火山學方面博士後工作的李蔚然表示：“這種火山傾向於會有劇烈的噴發……因為它地下岩漿房的體積通常比較大，還有一個很長的噴發週期……（近年來）湯加火山之前的噴發都比較小，它可能一直在積累，在醞釀能量，直到產生這次大的噴發。”

2017年，新西蘭奧克蘭大學的沙恩·克羅寧（Shane Cronin）和同事深入研究了兩座小島上的火山沉積物，並且與65千米外的塔布島上的火山灰沉積物對比。他們發現湯加火山在歷史上曾發生過至少兩次大規模噴發。放射性碳測年顯示，大約每1000年，湯加火山都會發生一次大規模噴發，最近一次是在1100年。此後，陸續發生過一些小規模的噴發，但主要發生在火山口的邊緣。直到一千多年後湯加火山再次“做好準備”“如約而至”。

“無夏之年”會出現嗎？

目前，湯加火山本次噴發活動還在繼續，因此在現階段，我們也很難得出湯加火山本次噴發規模的結論。火山噴發的規模經常會用火山爆發指數（Volcanic Explosivity Index，VEI）來表示，這個指數是由火山噴出物質的總量、火山氣體的噴發高度和火山噴發的持續時間綜合判定的。因此，在本次噴發活動結束前，都還無法判斷本次噴發的VEI等級。“因為這個指數基本是需要噴發基本結束後才能判斷，就很難說VEI到幾級了。有的火山看起來很兇，或者造成很大的災害，但噴出體積不大，因此VEI 也不高。VEI要看噴出的體積多少，所以反而算不上特別高的VEI。”李蔚然說。

本次湯加火山噴發，還讓“無夏之年”這個詞進入了大眾的視野。1815年4月，印度尼西亞的坦博拉火山突然爆發，規模達到了VEI 7級。記錄顯示，當時噴出的火山灰柱高度達45千米，受影響最重的歐洲大部分地區氣溫降低了2-4℃，使隨後的1816年成為了著名的“無夏之年”（the year without a summer）。全球各地區的農作物紛紛歉收，同時導致了大規模的飢荒。

這種規模的影響主要來自火山氣體中的二氧化硫（SO₂）。當大量SO₂進入平流層（海拔約10-20千米以上），SO₂會反應形成硫酸氣溶膠，它可以在平流層存在較長時間，並能反射陽光，從而使地表變冷。

近年另一次對全球氣候造成大規模影響的火山噴發發生在1991年，菲律賓的皮納圖博火山噴發導致全球平均氣溫下降了約0.5℃。記錄顯示，該次噴發釋放了約2000萬噸SO₂。相比之下，根據NASA的衛星監測數據，雖然本次湯加火山噴發的氣體已經達到了近30千米的高度，但目前釋放出的二氧化硫僅有約40萬噸，與1991年的水平還有些距離。以現在的水平來看，對全球氣溫的影響可能不明顯。

參考鏈接：

https：//eos.org/science-updates/new-volcanic-island-unveils-explosive-past

https：//so2.gsfc.nasa.gov/pdfs/Bluth_Pinatubo1991_GRL91GL02792.pdf

https：//so2.gsfc.nasa.gov/pix/daily/0122/tonga_0122z.html

https：//www.washingtonpost.com/world/2022/01/15/tonga-tsunami-new-zealand-volcano-eruption/

https：//theconversation.com/why-the-volcanic-eruption-in-tonga-was-so-violent-and-what-to-expect-next-175035

https：//www.bbc.com/news/world-asia-60007119

https：//www.nationalgeographic.com/science/article/the-science-behind-the-tonga-eruption-and-tsunami