汤加火山爆发如何“如钟声般”敲响地球

2022 年 1 月 15 日，汤加的洪加汤加-洪加哈阿帕伊火山爆发，发出的音爆声甚至远至阿拉斯加北部都能听到，科学家们立刻意识到，他们正在见证历史。

加州大学圣克鲁斯分校地球物理学家里奇·加尔萨·吉隆说：“在地球物理记录中，这是有史以来最大的自然爆炸。”

它还引发了一场横扫太平洋的海啸，导致秘鲁两人死亡。与此同时，这场灾难摧毁了汤加，导致该群岛四人死亡。虽然悲剧发生，但专家们预计如此大规模的灾难会造成更多伤亡。那么为什么没有发生呢？

当然，汤加的灾难准备功不可没。但根据今天发表在《科学进展》杂志上的一项研究，火山爆发本身的性质以及它引发的海啸如何蔓延到汤加群岛，也使汤加避免了更糟糕的后果。 通过将现场观察与无人机和卫星数据相结合，研究小组能够通过模拟重现该事件。

这是科学家研究此次火山爆发如何震动汤加和全世界的又一方法。几个小时内，火山灰柱笼罩着汤加及其周边水域，闪电数量比地球上其他地方加起来还要多。火山喷发向天空喷出的水蒸气量足以使平流层的水蒸气量增加约 10%。

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火山喷发向地面、水和空气中发射了冲击波。加尔萨-吉隆和他的同事测量了这些冲击波，发现这次火山喷发释放的能量比 1980 年圣海伦斯火山喷发高出一个数量级。

“它真的像钟声一样敲响了地球，”佛罗里达州迈阿密大学和哈立德·本·苏丹生命海洋基金会的地质学家萨姆·普尔基斯说。普尔基斯是这篇新论文的第一作者。

模拟的目的是展示事件可能的发展过程。Purkis 和他的同事首先建立了一个时间表。科学家们一致认为，火山喷发是连续多次的，但他们对喷发的时间和次数意见不一。研究小组用潮汐测量仪的测量结果来印证目击者的陈述，认为火山喷发了五次，每次喷发的强度都在稳步增加，直到第五次喷发达到顶峰：当量为 15 兆吨，相当于一枚氢弹。

然后，作者模拟了这些爆炸对海洋可能造成的影响——以及它们在袭击汤加其他岛屿时产生的巨浪有多么可怕。模拟结果表明，距离火山爆发点东北约 55 英里的托富阿岛可能遭遇最严重的情况：海浪高度超过 100 英尺。

但也有可取之处：托富阿无人居住。模拟结果还有助于解释为什么汤加首都和最大城市努库阿洛法能够躲过海啸的冲击。努库阿洛法位于火山爆发地以南 40 英里处，似乎遭遇了更浅的海浪。

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研究小组认为地理因素是造成这一灾难的部分原因。托富阿是一座火山口，位于深水中，海岸陡峭多山，无法抵御海啸。与此同时，努库阿洛法被较浅的水域和泻湖包围，海啸时可挤占的水较少。珊瑚礁可能也有助于保护这座城市免受海啸侵袭。

Purkis 表示，研究人员认为珊瑚礁可以缓冲海啸，但他们没有现实世界的数据来证明这一点。“你没有现实世界的案例研究，没有几十米高的海浪冲击珊瑚礁，”Purkis 说。

我们确实知道比洪加汤加-洪加哈阿帕伊火山喷发更猛烈的火山喷发：例如 1815 年的坦博拉火山喷发（造成了著名的“无夏之年”）和 1883 年的喀拉喀托火山喷发。但这些都发生在 20 世纪 60 年代之前，当时地球物理学家开始部署他们今天可以使用的全球传感器和卫星网络。

最终，研究作者写道，这次火山喷发的结果是“幸运的逃脱”。这次火山喷发发生在最特殊的情况下：火山喷发时，汤加因新冠疫情关闭了边境，减少了前往这些岛屿的海外游客数量。科学家认为这是死亡人数较少的另一个原因。但同样的边境关闭意味着科学家不得不等待才能获得数据。

这也是为什么这篇论文在火山爆发 15 个月后才发表的原因之一。其他科学家之前也曾模拟过海啸，但 Purkis 和他的同事利用地面数据支持了他们的模拟。这不仅帮助他们重建了时间线，还帮助他们通过汤加海岸 100 多个地点的测量结果证实了他们的模拟。

研究小组认为，此次火山喷发是地球活动的“天然实验室”。了解这次海啸可以帮助人类制定安全计划。还有许多其他类似洪加汤加-洪加哈帕伊的火山，位于水下的火山如果在错误的时间喷发，可能会摧毁沿海社区。

Garza-Giron 对于将新研究的结果与之前的研究（比如他自己的研究）进行比较的可能性感到非常兴奋，因为他对地震活动以及其他数据源（例如海洋的声音）进行了比较，以便更全面地了解当天发生的情况。

“我们很少能看到地球作为一个整体系统运转，大气、海洋和固体地球确实在相互作用，”加尔萨-吉隆说。“对我来说，这是这次火山喷发最令人着迷的事情之一。”