#汤加火山已苏醒# #汤加火山爆发后接下来还会发生什么# 汤加本是一个名不见经传的国家,但1月15日,这里海底火山猛烈喷发形成的冲击波,传播到了全世界的一半左右。此次喷发的火山位于汤加首都努库阿洛法以北 65 公里处,是由两个无人居住的小岛 Hunga-Ha'apai 和 Hunga-Tonga 组成(以下缩写为HHHT),海拔约 100 米,平时看起来平平无奇,但隐藏在海浪之下的,是一座高约 1800 米,宽约 20 公里的巨大海底火山。

在过去几十年里,HHHT火山几乎是定期喷发。其中, 2009 年、2014、2015 年的喷发中,都曾有岩浆和蒸汽组成的热射流(hot jets)在海浪中爆炸。但这些喷发规模都很小,远不能跟此次喷发相提并论。

根据我们对这座火山早期喷发的研究,此次喷发规模,对HHHT火山来说,属于千年一遇的级别。考虑到海水能够冷却岩浆,为什么HHHT火山此次喷发的爆发力仍然如此之大(so highly explosive)?

通常来说,如果岩浆缓慢上升到海水中,即使岩浆温度达到1200℃左右,岩浆和水之间依然能有效形成一层薄薄的蒸汽膜,起到隔热作用,并使岩浆的外表面得以冷却。但当岩浆被瞬间喷出充满火山气体的地面,快速进入水中时,这个过程就不起作用了。此时,任何蒸汽层都会被迅速破坏,导致热岩浆与冷水直接接触,随即发生 “燃料-冷却剂相互作用”,岩浆被极端猛烈的爆炸撕裂,新的岩浆碎片将新鲜炽热的内表面暴露在水中,爆炸重复发生,最终喷射出岩浆颗粒,引发更大的超音速爆炸。这个连锁反应,就如同武器级化学爆炸。

另外,HHHT火山在2014和2015年的两次喷发,曾形成了一个火山锥,将两个古老的岛屿在了一起,最终形成了一个约5公里长的链式岛屿。我们在2016年对这两座岛屿进行考察时,发现以前监测到的历史喷发只是序幕。

当时绘制海底地图时,我们在海面以下150米处,发现了一个隐藏的“火山口”。这个火山口是一个直径约5公里的火山口状凹陷,此前如2009年、2014、2015年发生过的小喷发,主要都发生在这个火山口边缘。但通常来说,只有非常大的喷发才会形成火山口,也就是大到喷发岩浆后,火山顶部会向内塌陷,加深火山口。

当时我们HHHT火山历史喷发的化学成分,得出的结论是,这些小喷发代表了岩浆系统正在缓慢地自我补充,为更大的喷发做准备。事实上,我们在古老岛屿的沉积物中,也发现过汤加火山口过去两次大规模喷发的证据。我们用化学方法,将这些火山灰与65公里外有人居住的汤加最大岛屿塔普岛上的火山灰沉积物进行了对比,放射性碳同位素显示,大火山口形成的大喷发,最后一次出现,是在公元1100年。

基于这些研究,HHHT火山在1月15日的这次喷发似乎是在意料之中。

接下来还会发生什么?

显然,我们目前仍处在这次火山喷发的事件当中,许多情况都还不清楚(部分原因是该岛目前已被火山灰遮蔽了。)

可参考的是,2021年12月20日和2022年1月13日有过两次中等规模的喷发,这两次喷发当时曾制造了高达17公里的“云层”,并让2014至2015年间形成的链式岛屿变得更大了。1月15日的这次喷发规模显然更大,其火山灰柱达到了20公里高。最值得注意的是,这些火山灰以火山为中心,几乎是呈圆形均匀地分布在火山周围,半径达130公里,在被风吹乱之前,它们形成了一个直径达到260公里的羽流(plume)。

如此巨大的爆发力,单靠岩浆-水的相互作用已经无法解释了。它表明的是,从火山口喷发出来新鲜的、充满气体的岩浆体量相当之大。巨大的喷发引发了海啸,波及到整个汤加王国,以及邻近的斐济和萨摩亚,其冲击波更是穿越数千公里,连2000公里外的新西兰都监测到了,从太空中也可以看到。海啸是由爆炸期间的大气和海洋冲击波耦合产生的,不过也有可能是海底滑坡与火山口崩塌引起的。

火山喷发开始后不久,汤加的天空被遮蔽,火山灰开始下落。所有这些迹象都表明,汤加的大型火山口已经苏醒。目前的这次大型喷发,只能说明岩浆压力释放有了很大的释放,但尚不清楚就是此次汤加火山喷发的高潮。根据我们此前对HHHT火山喷发的地质沉积物研究,这类千年一遇的大型喷发,每一次都涉及到多次独立喷发。从这个角度,因此,HHHT火山可能还有数周甚至数年的大规模动荡。为了汤加人民,我希望不会出现此种情形。

左图:海底地图显示了火山锥和巨大的火山口。
右图:一座巨大的水下火山位于Hunga-Ha'apai和Hunga Tonga群岛附近。

文章来源:《《Why the volcanic eruption in Tonga was so violent, and what to expect next》,Shane Cronin, Professor of Earth Sciences, University of Auckland.

本刊已得到作者授权翻译转载文章。

谢恩·克罗宁(Shane Cronin):2001-2002任亚历山大·冯·洪堡研究员;随后至2015年,任梅西大学地球科学教授(火山风险解决方案研究中心主任);2015至今任奥克兰大学火山学教授。目前的研究项目包括:将塔拉纳基过渡到火山未来——MBIE奋进研究计划(2019-2024年);与德国慕尼黑大学GNS Science合作,通过减少热液喷发危险实现稳定的地热发电——MBIE奋进智能理念(2018-2020);与德国慕尼黑LMU合作,通过实验研究(Royal Soc.NZ Catalyst(2019-2020),了解喷发柱稳定性和灰分生成;将物理和化学见解整合到火山频率、规模和类型预测中等。

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