1月 15 日下午5 點 10分，湯加主島以北約 50公里處發生了千年一遇的海底火山噴發，迅速膨脹的火山灰像蘑菇云一般直沖云霄。20分鐘后，致命的海嘯襲來，巨浪將建筑物和道路通通淹沒。
圖 |2019 年 4 月 30 日湯加火山島·洪阿哈阿帕伊島衛星影像
圖 |2022 年 1 月 17 日的高分一號所采集湯加火山島島嶼影像，圖中紅色區域為原島嶼所在地
（來源：新華網）
這次火山噴發引發了 7.4 級的地震，火山灰蘑菇云的寬度接近5公里。火山噴發引發的聲波以每小時 1200 公里的速度在太平洋上蔓延，而伴隨火山灰而來的，還有每秒鐘近 100次的閃電。從新西蘭、秘魯到美國西岸，環太平洋國家紛紛發出海嘯預警。諾貝爾物理學獎獲得者 Brian Schmidt 及其在澳洲國立大學的同事，地球科學家 Richard Arculus 撰文表示，這次火山噴發的能量大概相當于 1000枚廣島原子彈。目前湯加人員傷亡人數依然不詳。
他們推斷，這個高約 1800米，寬約 20公里的水下火山將自己炸的不輕。爆炸的巨大威力很可能在地球表面形成了一個暫時性的大洞，海水沖進洞里，然后從噴口徑向反彈。
他們推斷，這個高約 1800 米，寬約 20 公里的水下火山將自己炸的不輕。爆炸的巨大威力很可能在地球表面形成了一個暫時性的大洞，海水沖進洞里，然后從噴口徑向反彈。
新西蘭空軍偵查機 P-3K2 Orion 傳來的最新圖像顯示，湯加 Nomuka 島已經被厚厚的火山灰所覆蓋。由于火山噴發切斷了湯加和外界連接所需的 872 公里電纜，目前通訊依然中斷。
湯加 Nomuka 島被火山灰覆蓋 | 來源：New Zealand Air Force P-3K2 Orion
目前全球大約有 1500 座活火山。奧克蘭大學地球科學家 Shane Cronin 的研究顯示，這次噴發的湯加海底火山位于 Hunga-Ha’apai 和 Hunga-Tonga 兩座小島之間，在過去十年內一直有小型噴發。在附近島嶼的沉積物中，Cronin 團隊曾發現了這座火山過去兩次大規模噴發的證據。研究人員將這些火山灰與 65 公里外湯加塔普島上的火山灰沉積物進行了化學匹配，然后使用放射性碳測年確定，這座火山最近一次的大型噴發發生在公元 1100年，也就是一千年前。
湯加火山活躍的主要原因首先是太平洋板塊在澳大利亞構造板塊中的下沉。當板塊下沉到地幔的超熱巖石中時，里面的水被涌出，上升到上面的地幔中。這使得地幔被融化形成粘性的充滿氣體的巖漿，為爆炸性的噴發提供了條件。
Shane Cronin 研究團隊繪制的聲納火山地形圖 | 來源：Shane Cronin
Cronin 表示，通常情況下即使巖漿的溫度達到 1,200℃，在緩慢上升到海水的過程中也會形成一層薄薄的蒸汽膜。這層薄膜會讓巖漿的外表面冷卻，形成絕緣體。
但是，當巖漿從充滿火山氣體的地下極速噴出時，海水的冷卻作用就失效了。當巖漿迅速進入水中時，任何蒸汽層都會迅速破裂，使高溫巖漿與冷水直接接觸。
火山研究人員稱這種現象為“燃料-冷卻劑相互作用”，類似于武器級的化學爆炸。極其猛烈的爆炸將巖漿撕裂形成了新的連鎖反應。更多巖漿碎片將更加炎熱的內部表面暴露在水中，爆炸重復發生，最終噴射出火山顆粒，導致超音速爆炸。
在 1100 年的大噴發后，這種火山一直在深處堆積熔巖。隨著火山幾乎被填滿，少量的巖漿從火山中泄漏出來。一旦超過負荷，大量的巖漿結晶就會開始推動氣體壓力上升，且速度太快，無法通過小噴發釋放出來。當巨大的巖漿供應找到一個開口時，它會猛烈地減壓。
這次的噴發并非毫無預警。英國布里斯托爾大學（University Of Bristol）的火山學家Sam Mitchell 表示，2021 年 12 月 19 日這座火山曾有一系列爆炸，并形成了高約 1 萬 6000米的煙灰柱。但當時的科學家們并未在意，因為對于一座海底火山來說，它“沒有什么不尋常的”。
事實證明，“沒有什么不尋常的”并不是這座火山的宿命。隨著爆炸越來越強，從其煙灰柱中冒出的閃電數量讓任何一次火山噴發都相形見絀。
火山之所以會產生閃電，是因為火山灰柱中的顆粒相互碰撞，或者撞到大氣中的冰塊上，從而產生電荷。正負電荷被分開，從而引發一道道閃電。
最初，湯加火山的閃電是由總部位于芬蘭的氣象公司Vaisala探測到的。它們開發的 GLD360網絡可以用無線電波“噴發”的形式“聽到”閃電。在最初的兩周里，系統記錄到其每天幾百或幾千次 的閃電，確實沒有什么不尋常的。“我猜它是在清清嗓子，” Vaisala 的氣象學家 Chris Vagasky 說。
但到周五晚些時候和周六早上的時候，湯加火山在一小時內制造了 20萬次閃電。相比之下，2018 年印尼 Anak Krakatau 火山噴發在一周內只制造了34萬次閃電。
“我簡直不敢相信我看到的數字，” Vagasky 說，“在火山爆發時，你很少能看到這種情況。昨晚的地球沒有任何一個地方有這么多電。”
國家地理認為，從遠處看這些閃電可能很壯觀，但近距離感受時好似世界末日。電閃雷鳴之下火山在發出無盡的怒吼，宙斯的閃電長矛不斷擊中地面和海洋。這對在湯加其他島嶼上的任何人來說都是極其危險的。
那么，為什么這次火山噴發的閃電會打破記錄呢？
新墨西哥州 Los Alamos 國家實驗室的火山聲學研究員 Kathleen McKee 說，水的存在總是會增加閃電的幾率。當巖漿與淺層水混合時，水被猛烈加熱和蒸發，將巖漿炸成數百萬小塊。粒子越豐富、越細，產生的閃電就越多。
慕尼黑大學（Ludwig Maximilian University Of Munich）的實驗火山學家 Corrado Cimarelli 也對國家地理表示，噴發產生的熱量很容易將水蒸氣輸送到更冷、更高的大氣中，在那里變成冰。這為火山灰的碰撞和發電提供了大量的額外顆粒。
湯加火山爆發衛星圖 | 來源：EPA
周六早上，衛星圖像顯示兩座湯加小島中間的海域已經被厚厚的火山灰完全覆蓋。對于這次噴發造成的全球海嘯， 科學家依然未能找到確切原因。西華盛頓大學貝靈漢分校（Western Washington University in Bellingham）的地震學家和火山學家 Jackie Caplan-Auerbach 說，爆炸涉及的能量實在是“令人震驚”。
Shane Cronin 在最近的一篇博客文章中補充說，這座火山在上一次噴發后補充了它的巖漿庫。在 1100年的大噴發后，火山的深處一直在堆積熔巖。隨著火山幾乎被填滿，少量的巖漿從火山中泄漏出來。一旦超過負荷，大量的巖漿結晶就會開始推動氣體壓力上升，且速度太快，無法通過小噴發釋放出來。當巨大的巖漿供應找到一個開口時，它會猛烈地減壓。
對于這次噴發的影響，氣候學家 Jim Salinger 認為空氣中釋放大量的二氧化硫（SO2）會將太陽的一些輻射反射出去，對局部地區產生一些冷卻作用，但不會對改變全球氣候。
目前新西蘭和澳大利亞正在經歷歷史上最熱的夏天。Salinger 認為在幾個月之后局部地區會降溫 0.1 至 0.5 攝氏度，一直持續到春季。
除此之外，湯加還可能出現酸雨和火山煙霧，這可能會對火山周圍地區的人類健康造成短期危害。
對 Smithsonian Institution’s 全球火山項目的科學家 Janine Krippner 來說，目前最關心的還是湯加人民的未來。因為這次的火山噴發可能會對這個國家造成令人難以置信的破壞，并且沒有知道是否這輪噴發已經結束。
湯加運動員 Pita Taufatofua
為了幫助自己的人民，現居澳大利亞的著名湯加運動員 Pita Taufatofua 發起了眾籌。截至記者發稿時至，眾籌已得到了 265,449 澳幣的捐款。相信在太平洋國家和全球各國的幫助下，湯加人民一定會渡過難關。
參考文獻：
https://www.nationalgeographic.com/science/article/the-science-behind-the-tonga-eruption-and-tsunami
https://www.gofundme.com/f/tonga-tsunami-relief-by-pita-taufatofua
https://www.smh.com.au/world/oceania/the-equivalent-of-1000-hiroshima-bombs-world-watched-a-tremendous-explosion-in-tonga-20220116-p59oka.html
https://eos.org/science-updates/new-volcanic-island-unveils-explosive-past
本文來自微信公眾號 “學術頭條”（ID：SciTouTiao），作者：劉芳，36氪經授權發布。
