汤加火山爆发十问

钱迈平 张 翔 马 雪

2022年1月14至15日，位于南太平洋汤加王国首都努库阿洛法以北约65千米的洪阿汤加-洪阿哈阿帕伊岛（Hunga Tonga-Hunga Ha’apai）的海底火山，连续两天猛烈爆发。现场形似核弹爆炸，大量气体裹挟烟尘，形成庞大蘑菇云，直冲2万米高空，直径超过500千米。海面大面积“炸开”，引发越洋海啸，冲断海底电缆，引发石油泄漏，汤加和秘鲁受灾严重，太平洋沿岸地区均受波及。这是30年以来世界上最大的一次火山爆发事件，可能对全球的气候、环境、经济等产生重大影响，引起了世人的普遍关注。对于汤加火山爆发，江苏省地质学会首席科技传播专家、中国地质调查局南京地质调查中心研究员钱迈平博士就大众关心的十个问题在本刊中作出了解答，希望读者能从汤加火山爆发这一事件中获得与火山爆发相关的知识和信息。

1．汤加火山大爆发有多猛烈？

据美国地质调查局（United States Geological Survey，缩写USGS）估计，这次爆发的能量约等于里氏5.8级地震所释放的能量，相当于1000枚轰炸广岛的“小男孩（Little Boy）”原子弹的威力；而美国国家航空航天局（National Aeronautics and Space Administration，缩写NASA）则认为没那么夸张，据其估计，汤加火山爆发只相当于500枚“小男孩”原子弹的威力，约1000万吨TNT当量。但不管怎么说，这仍然是进入21世纪以来最大规模的火山爆发事件，并引发了越洋海啸。而且，这座火山这几年来一直处于喷发活跃期，目前还不能断定它是否已达到喷发峰值。要想知道是否还有更大规模的喷发，尚待继续监测。

2022年1月15日14时10分，卫星拍摄的汤加火山大爆发的蘑菇云（红圈内）

卫星拍摄的汤加火山大爆发的蘑菇云特写

2．这次火山爆发造成了怎样的破坏？

在因这次火山爆发而受灾的国家中，首当其冲的是汤加王国。这是大洋洲的一个岛国，位于太平洋西南部赤道附近，由173个岛屿组成，大多是珊瑚岛，其中只有36个岛屿有人居住。火山爆发导致首都努库阿洛法部分地区遭严重破坏，海底电缆损坏，通讯被切断。首都所在的塔布岛沉降的火山灰厚5至10厘米。在汤加沿海地区，火山爆发引起的海啸巨浪冲上岸，毁坏房屋、教堂和其他建筑物。

汤加首席地质专家库拉（Taaniela Kula）指出，1月14日火山爆发释放的能量约是去年12月20日爆发的7倍，15日的爆发也非常巨大，表明此地火山已苏醒，喷发活跃期可能持续好几个星期，甚至好几年。目前还不知道是否达到喷发的最高值。如果再喷发，汤加会遭到严重的火山灰空气污染、海啸、暴雨、洪水和强风等一连串灾害的侵袭。

洪阿汤加-洪阿哈阿帕伊岛火山大爆发前（2021年12月29日）、后（2022年1月18日）的汤加城市卫星图像对比

3．汤加海底火山是怎么形成的？

海底火山分布广泛，全球有2万多座，超过半数在太平洋，汤加海底火山就是太平洋众多海底火山之一。海底火山主要集中在地球表面板块的边界处，如板块扩张边界（大洋中脊）和板块汇聚边界（海沟），也有一些零星散布在大洋盆地内。因此，海底火山可分成三种类型：洋脊火山、海沟火山及洋盆火山。

（1）洋脊火山，形成于大洋中脊，是大洋板块扩张的边界，也是海洋地壳增生的地方。这类火山沿大洋中脊走向分布，构成一条条绵长的海底山脉。

世界上正处于喷发阶段的火山（红色）和蠢蠢欲动的火山（黄色），红方框中的是这次喷发的汤加火山

（2）海沟火山，形成于海沟附近，是板块汇聚的边界，也是海洋地壳俯冲消亡的地方。这类火山沿海沟分布，呈现为弧状的火山岛弧。

（3）洋盆火山，形成于大洋盆地内，是大洋板块内部的火山，是地幔热点喷发岩浆的地方。这类火山表现为海底火山链、平顶海山及洋底高原等。

地球板块分布，红色方框是汤加火山的位置，处于太平洋板块与印度洋板块汇聚边界的海沟附近

汤加火山坐落在板块汇聚边界的汤加海沟附近，正好位于地壳俯冲带上

汤加位于世界第二深海沟汤加海沟（深10882米）及太平洋板块与印度洋板块汇聚边界，是环太平洋地震带地壳活动强烈区，地震和海底火山喷发频繁。近几年来，汤加发生过多次里氏6级以上的大地震。洪阿汤加-洪阿哈阿帕伊岛是汤加-克尔马德克群岛火山弧的一部分，坐落在新西兰东北向北延伸至斐济的地壳俯冲带。

这次喷发的汤加火山属于海底火山中的海沟火山类型

这次喷发的洪阿汤加-洪阿哈阿帕伊岛火山（红圈内）属于海沟火山，位于太平洋板块与印度洋板块汇聚边界的海沟附近。在太平洋板块向印度洋板块俯冲过程中，太平洋板块不断将含水和碳的海底沉积物与岩石带进地球深部，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。

洪阿汤加-洪阿哈阿帕伊岛实际上只是一个海底火山露出水面的很小的一部分。火山大部分在水下不到200米的海底。

2022年1月火山大爆发前的汤加海底火山▼

4．汤加海底火山是怎么爆发的？

汤加海底火山原先位于洪阿哈阿帕伊岛（Hunga Ha’apai）和洪阿汤加岛（Hunga Tonga）两个小岛之间的海底，两岛相隔2000多米。2014年11月不断喷发的岩浆越堆越高，露出水面，最终生长成一片陆地，把两个小岛连成一体。2016年一个新的岛屿——洪阿汤加-洪阿哈阿帕伊岛由此诞生。此后，该火山继续喷发，直到2022年1月14至15日大爆发，把露出水面的火山口及部分新生陆地炸碎，使之塌陷沉入海底，于是洪阿汤加-洪阿哈阿帕伊岛又被分成两半。

汤加火山爆发前后，其所在的洪阿汤加-洪阿哈阿帕伊岛的海上地形变化：

① 2014年，美国国家航空航天局公布的卫星照片，左边是洪阿哈阿帕伊岛（Hunga Ha’apai），右边是洪阿汤加岛（Hunga Tonga），中间相隔2000多米。

② 2017年9月19日，已经连成一体的洪阿汤加-洪阿哈阿帕伊岛，中间是2014年至2015年期间生长露出水面的一个小火山锥，其一侧在喷发时被炸掉了。

③ 2022年1月7日，正在喷发的洪阿汤加-洪阿哈阿帕伊火山，此前它露出水面的岛屿面积已明显增加。

④ 2022年1月14日，洪阿汤加洪阿哈阿帕伊火山发生坍塌和大爆发，把这个岛分成两半。这是1月15日再次大爆发前的样子。

⑤ 2022年1月15日大爆发后，洪阿汤加岛和洪阿哈阿帕伊岛不但再次被分开，而且面积也明显缩小。

5．海底火山爆发为什么会引发海啸？

因为海底火山爆发产生的冲击波和地震波会以压力的形式传递给海水，而作为液体的海水其分子间距本来就非常小，在常规压力下无法压缩，于是，海水就会很快地把这个压力均匀地向四周传播，威力远大于在易于压缩的空气中传播。这就是为什么在装填等量同样炸药的情况下，水下爆炸的鱼雷、水雷和深水炸弹，比在空气中爆炸的炮弹对舰艇的破坏力更大。海水在受到火山爆发的冲击波、地震波和大规模海底塌陷等大能量作用时，会掀起巨浪，向四周传播，产生比在空气中传播的冲击波更强大的海啸波。

2022年1月18日，汤加政府首次发布灾情通报，说这次火山爆发引起浪高达15米的海啸，冲击了一些岛屿。在首都努库阿洛法所在的塔布岛，50座房屋被摧毁，约100座房屋受损。在地势较低的芒奥岛，房屋全部被摧毁。福诺伊富阿岛上仅两座房屋幸存。

汤加火山大爆发产生的蘑菇云穿过对流层，直上万米高空的平流层，爆发中心周围可见正在向四周传播的海啸浪

受这次汤加火山爆发影响，太平洋沿岸国家如斐济、萨摩亚、瓦努阿图、新西兰、澳大利亚、日本、美国、加拿大、墨西哥、智利和厄瓜多尔等纷纷发出海啸警报。在日本鹿儿岛县奄美市，海啸波高达1.2米；澳大利亚东部沿海诺福克岛附近达1.72米，黄金海岸达0.82米；美国夏威夷所有岛屿、华盛顿州和俄勒冈州沿海一些地区，出现轻微洪水；智利北部伊基克等地，海啸波高近2米。中国自然资源部海啸预警中心报告，中国沿海于1月16日凌晨监测到海啸波，其中浙江石浦站最大海啸波幅约20厘米，其余潮位站海啸波幅均小于15厘米。可见，这次火山爆发引发的海啸属于中等强度，除了对附近地区造成较大灾害外，对其他较远地区影响并不大。

6．此次汤加火山大爆发对全球气候的影响有多大，对中国又有何影响？

此次汤加的洪阿汤加-洪阿哈阿帕伊火山猛烈爆发，可能是近30年来规模最大的火山爆发事件。对全球气候会造成怎样的影响，目前还难以预料。火山对气候的影响是复杂而多方面的，其中最主要的是通过剧烈的喷发，向大气平流层注入大量的二氧化硫气体。二氧化硫通过化学反应产生硫酸盐气溶胶，能够在干燥的平流层停留2至3年。这些气溶胶会反射和散射阳光，减少到达地面的阳光，起到制冷的效果。

据中国气象科学研究院气候与气候变化研究所副所长祝从文介绍，历史上火山大爆发后曾出现过全球气温下降的情况，如：1783年冰岛的纳基火山爆发，导致欧洲1783年至1784年冬季气候异常寒冷；1815年印尼坦博拉火山爆发，次年全球平均气温约下降0.4℃至0.7℃，北半球许多地区遭遇“无夏之年”。1991年，菲律宾皮纳图博火山爆发，向平流层注入大量二氧化硫，导致数月后全球平均气温下降约0.5℃。但国际卫星检测发现，这次汤加火山喷发的二氧化硫总量只有40万吨，不到1991年菲律宾皮纳图博火山喷发的五十分之一，这似乎意味着对阳光的散射和反射效应不会很强。

另外，这次喷发使大量的火山矿物质降入南太平洋，对海洋有施肥作用，可能导致藻类和蓝细菌爆发性繁殖，消耗巨量温室气体二氧化碳，排放巨量氧气，也可能有制冷效果。此外，火山爆发引起的海啸会对南极冰岸产生冲击，可能会加快冰层消融、引起海平面上升等。

汤加火山处于低纬度地区，近百年来，三次大规模低纬度火山喷发，都造成当年冬季中国大部分地区气温偏低，并减弱东亚夏季风强度，导致夏季雨带偏南。这次汤加火山喷发，到目前为止，对中国还没有太大的影响。在历史上的火山强烈活动期，中国夏季大旱、大涝会相继出现，冬季奇寒，连福建和广东都会下大雪。也许较大的影响效应还在路上，可能要几个月至半年后才会显现出来。

黑龙江五大连池火山群

7．中国境内有哪些存在爆发风险的火山？

目前，中国境内至少有9处存在爆发风险的火山或火山群。

（1）黑龙江五大连池火山群

五大连池火山群由15座火山组成，火山岩分布面积达800多平方千米。1719年至1721年老黑山和火烧山的喷发距今还不到300年，是中国活火山中历史记录、喷发时间和地点最确切的一处活火山。

黑龙江镜泊湖火山

吉林长白山天池火山

（2）黑龙江镜泊湖火山

黑龙江镜泊湖火山有13个火山口。推测其最晚一期火山活动可能发生于距今约1000年前。

（3）吉林长白山天池火山

吉林长白山天池火山是目前中国境内保存最完整的新生代火山，主峰将军峰海拔2749米。至少在约5000年前和公元1199年，大规模爆发过两次。特别是1199年至1201年间的大爆发，喷出的火山灰降落到远至日本海和日本北海道之地。此外，1668年和1702年也有喷发记录。

吉林龙岗火山群大龙湾

云南腾冲火山群

（4）吉林龙岗火山群

吉林龙岗火山群有160余座低矮火山锥，星罗棋布，显示了高密度、多中心爆炸喷发的特点。其中大龙湾和三角龙湾地区已被开发成中国唯一的具优美风景的低平火山口群旅游风景区，是中国少数几个近代仍有喷发活动的第四纪火山之一。

（5）云南腾冲火山群

云南腾冲火山群包括黑空山、打莺山、马鞍山等火山，是中国地热最显著的地区，如热海地区的水温都在100℃左右，近年来水热活动有增强趋势，发生多起水热爆炸事件。根据火山地质、地貌、岩浆演化和水热活动特点，一般都把黑空山、打莺山、马鞍山作为全新世火山。据李根源《烈遗山记》描述：“腾冲多火山，志载明成化、正德、嘉靖、万历年间（公元1465年至1620年）火山爆发多次。”1609年，徐霞客在其游记中记载了打莺山火山喷发事件，说明几百年前，腾冲火山区有过喷发活动。

近20年来，微震观测发现腾冲地区存在岩浆冲击型地震。地震测深剖面和大地电磁测深结果都指示此地可能存在壳内岩浆房。近年来水热活动也有增强趋势。所有这些都显示，这个火山群有可能正在酝酿新的喷发，应严加监测。

新疆阿什库勒火山群

台湾大屯火山群

（6）新疆阿什库勒火山群

阿什库勒火山群位于新疆于田县以南约120千米的青藏高原西北缘的西昆仑山，由10余座主火山和数十座子火山组成，包括西山、阿什山、大黑山、乌鲁克山、迷宫山、月牙山、牦牛山、黑龙山、马蹄山、东山和椅子山等。这些火山几乎都是中心式喷发，形成圆锥状或截顶圆锥状火山锥，绝大多数形成于第四纪。最近一次爆发，是1951年5月27日阿什山火山爆发。据1951年7月5日《新疆日报》报道：“在于田县苏巴什以南，昆仑大坂西沟一带，5月27日上午9时50分发生火山爆发。第一次爆发时只见一个山头上发出轰隆巨响，接着烟灰像一条大圆柱似的自山顶冒出。接着又连续爆发了3次，每次只隔几分钟，未发出巨响，只有烟灰上冒。以后几天又看到火山冒烟……”

（7）台湾大屯火山群

大屯火山群位于台湾西北部，由20余座大小不等的火山组成，火山活动始于280万至250万年前，最近的喷发活动发生于20万至10万年前，但目前的水热活动和地震活动显示其有可能死灰复燃，再次喷发。

火山区内温泉遍布，著名的至少有16处，地表温度可达100℃。阳明山等地强烈的喷气活动和地表泉华，足以证明大屯火山区水热活动的强度。氦同位素示踪研究表明，大屯火山区的氦主要是来自岩浆的气体，可能存在地下岩浆房。大屯火山区附近的微震活动频繁，尤其集中在马槽地区，震级常小于里氏3级。1986年发生在阳明山竹子湖地区的5级以上地震，可能是造成震后马槽地区大规模山崩和泥石流的直接原因。

台湾龟山岛火山

雷州半岛至海南岛北部火山群

（8）台湾龟山岛火山

台湾北部宜兰东北约20千米海上的龟山岛火山，位于琉球火山岛弧西缘。岛上火山地形保存完整，后火山活动的硫磺喷气及温泉活动也相当剧烈。火山地层较下部的安山岩角砾含有捕获的石英砂岩块，石英的热释光测年数据显示距今约7000年，表明了安山岩喷发的年代。因火山角砾岩之上还有熔岩流分布，由此推测最近的一次喷发可能在不到7000年前。

（9）雷州半岛至海南岛北部火山群

雷州半岛至海南岛北部是华南沿海新生代火山岩分布面积最大的区域，火山活动始于古近纪，延续至全新世。火山岩面积达7300平方千米，可辨认的火山口共计177座，海拔低于300米。海南岛北部的石山、永兴一带有大小30多个火山口，呈北西方向排列。

8．地球历史上造成生物大灭绝的超级火山爆发有多恐怖？

据古地磁、沉积学、古生物学、古地理学和古环境学等研究，2亿5000万年前的二叠纪末，因地球板块运动，大陆漂移并碰撞拼合成一个超级大陆。随着超级大陆的不断拼合，地壳板块之间相互运动，终于导致大规模的火山爆发事件，而且是火山域级别的众多火山一起爆发，波及全球。一些海区硫酸化，甚至被岩浆加热到沸腾，地球环境急剧恶化。生物遭受空前浩劫，导致当时95%的物种灭绝，其中包括70%的陆生脊椎动物和96%的海洋生物，由此结束了古生代。

值得警惕的是，今天的美国黄石国家公园地区，就是一个巨大的火山域，一旦大规模爆发，后果极其严重！

9．火山喷发可以预测吗？

可以，因为火山喷发前有一系列明显的征兆。

以1980年美国华盛顿州斯卡梅尼亚县境内的圣海伦斯火山大爆发为例，这个已休眠了123年的火山，从那年的3月15日起，开始蠢蠢欲动，连续发生了多次轻微地震，这表明岩浆可能已涌动到火山下面。3月18日下午15时45分，一次震中位于火山北翼的里氏4.2级浅层地震，标志着这座火山已苏醒！接着，地震仪检测到这一区域的群震逐渐达到饱和，并于3月25日正午，开始推向高潮。之后的两天内，达到峰值，记录到174次里氏2.6级或更高级别的地震，其中包括一次里氏5.1级地震！4至5月，这里不断地发生里氏3.2或更高级别的地震，而且强度呈缓慢上升趋势。4月上旬每天发生5次震级为里氏4级或更高级别的地震，到火山大爆发前的一个星期，已经增加到每天8次。空中观察还报告了多起轻量级地震引起的雪崩。美国地质调查局的火山地质科学家们说服当地政府，暂时关闭了圣海伦斯火山旅游区，至少挽救了数千人的生命。

5月18日上午8时32分17秒，一次地震导致火山整个北坡坍塌，露出已部分熔融并充满水蒸气的岩石，紧接着岩石爆炸，成碎块混合着高温岩浆，越过刚刚坍塌的北坡，快速飞向北边的精灵湖。这是一次侧向爆发，此前火山北坡就在慢慢鼓胀，说明岩浆要从这里突破。火山爆发的喷发柱直冲24400米高空，喷出的火山灰沉积范围达美国的11个州！同时，火山顶上的冰雪迅速融化，形成一系列大型泥石流，直向西南而下，摧枯拉朽，横扫森林，携带着大量截断的树木，一直冲到80千米外的哥伦比亚河。随后，又有多起较轻微的爆发，且爆发持续到了第二天。同年晚些时候，又发生了一次较大但破坏程度不算严重的爆发。

圣海伦斯火山大爆发，使数百平方千米地区成为废墟。尽管科学家们进行了预警，当地政府也组织了人员疏散，但仍有57人丧生，数以千计的野生动物死亡。现在世界上许多可能爆发并可能威胁附近城镇的火山都安装有各种仪器设备，时刻处在火山地质科学家的严密监测下。

10．火山大爆发会威胁人类生存吗？

这要看火山爆发的规模有多大。

自人类诞生以来，任何一次火山爆发的强度，都未强到威胁人类这个物种的生存。即使是一些较大的爆发事件，也只是造成局部的灾害。但如果遇到像2亿5000万年前二叠纪末发生的火山域级别的超大规模爆发，导致全球环境极端巨变、生态系统失衡、食物链断裂，以人类目前掌握的科学和技术就很难应对了。即使动用全部防核武器的人防设施和可在太空航行一定时间的航天装备，也只能暂时救下少数人，很难避免绝大多数人死亡，也无法长期维持生计。所以说，在大自然面前，人类还是非常渺小的。

1980年圣海伦斯火山爆发