中國「最」懂火山的人,告訴我們湯加到底經歷了什麼?

asfgjhul

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這一次湯加火山爆發引起很大關注,但我看到這個消息的時候,感覺還是蠻平常的。 因為我做的是近兩千年火山噴發對氣候影響的研究,關注的火山噴發比較多了,這一次的規模和影響放在歷史的角度來看,確實還是比較小的。

噴發的火山叫洪阿哈阿帕伊火山,它在湯加語中就是「火山噴發」的意思,這座島本身就是近年來通過火山噴發形成的新島嶼。 湯加一帶一直是火山噴發高發地帶,因為它正好位於板塊邊界,地質活動很活躍。

除了湯加本地的情況,我知道大家都在關心這次噴發到底會帶來什麼影響,尤其是對氣候。

這種擔心不無緣由。 從歷史上看,1991年皮納圖博火山噴發,次年全球平均氣溫下降約0.5°C,在我國造成了夏季的低溫冷害,東北的水稻都無法成熟;更久遠的一次是1815年印尼坦博拉火山噴發,甚至造成了1816年「無夏之年」,全球平均氣溫下降約1°C。

我們看火山噴發如何影響氣候變化,要看一個最關鍵的因素,就是它噴出的酸性氣體總量。

這次湯加火山的衛星圖像上,在噴發的瞬間,有一朵灰白色的蘑菇雲蒸騰而出,這裡面除了一些大顆粒的火山灰、岩石碎屑外,主要就釋放出了二氧化硫等大量的酸性氣體。 這些硫化物進入大氣層,就像給天空蓋上了一層毯子,會阻斷太陽輻射,可能對全球造成一個降溫效應。

衛星觀測到火山爆發的影像

國外學者估計,此次湯加火山爆發,二氧化硫噴發量只有0.4個百萬噸。 這是一個什麼概念呢?

我們再對比一下,1991年皮納圖博火山噴發的二氧化硫大約20個百萬噸,而印尼坦博拉那次大約有53到58個百萬噸。

如果按照這個數量級粗略地估算,0.4個百萬噸硫化物能造成全球降溫的幅度大約只有0.01°C,對於全球平均氣溫的影響是非常小的。

每一次火山噴發,給不同地區造成的影響是不同的,很難預測天氣災害會在哪裡以什麼方式體現出來。
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如果在歷史上找一個位置接近的例子,1453年前後,在湯加火山西側大約一千公里的Kuwae火山噴發,造成了1453到1455年,我國春季異常多雪,杭州灣甚至出現了海冰。 但Kuwae火山的二氧化硫噴發量在100個百萬噸左右,規模比這一次要大很多了。

目前湯加國內的情況還不太明朗,但可以肯定的是,火山噴發對當地的生態環境肯定會造成很大的影響。 首先是降雨中會帶有硫酸、鹽酸、硫化氫等腐蝕性成分,對於當地的土壤、水源,都會造成很大的影響,可能造成地表植物大規模的死亡、土地長時間的荒蕪。 一些區域的環境甚至可能要幾十年才能恢復。

其次是火山灰的覆蓋可能厚達幾十釐米,甚至1米以上,其中夾雜的有毒有害物質在空氣中飄散形成火山霾,會對人的呼吸系統造成破壞。

歷史上曾有火山噴發造成區域性疾病流行的案例。 1815年印度坦博拉火山爆發之後,氣候的異常導致霍亂弧菌發生突變,引發了19世紀知名的霍亂疫情,據估計有數百萬人死於這場大疫。

現在在新冠流行的背景下,再疊加有毒氣體對呼吸系統的侵害、寒潮對病毒傳播的加劇,湯加及其周邊區域未來有可能出現大規模的流行疾病,這個問題應該引起重視。

湯加當地被厚厚的火山灰覆蓋


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研究生時期,我在中科院地球環境研究所,跟著我的導師做隋唐五代時期氣候變化的研究。 當時的目的只是為了釐清氣候變化的脈絡,並沒有關注變化的原因。 我看材料的時候發現,后晉時期,在939年前後有很多異常的天氣現象,它連續幾年冬季嚴冬、雪災,夏季霜災,甚至出現降雪。 當時的皇帝很著急,解釋不了呀,只能命令群官去祈禱。

我們當時也解釋不了,但我們可以去尋找研究的靈感,發揮學術的想像力。

因為我本科在中國礦業大學,聽了不少地質學的課程,對火山有了一些基本的瞭解。 我知道在人類活動還沒有排放大量溫室氣體之前,火山噴發和太陽活動是氣候變化最主要的兩個原因。 當時我去查了太陽活動的記錄,在那幾年都沒有異常,所以就開始猜測,是不是跟火山爆發有直接的關係。

歷史時期火山噴發研究是一個比較冷門的學科,國內外做的人都很少。 我找了近半個世紀幾乎所有研究火山活動的論文。 最後終於找到1980年發表在《Nature》上的一篇文章,它研究了格陵蘭島上開採出來的冰芯,得到了過去1500年火山噴發的一個序列。 因為有大規模火山噴發的年代,冰層上的酸性物質含量會特別高。 那篇論文里記載了西元934年前後,冰島埃爾加火山有過一次噴發。 我意識到這對解釋后晉氣候變化有突破性的意義。

這一次噴發持續了至少3至8年,噴出地表2.32億噸二氧化硫,是已知過去兩千年最大規模的玄武岩泛流式火山噴發。 在土耳其君士坦丁堡,934年冬季異常寒冷,大地封凍超過120天,饑荒空前嚴重,餓殍遍野;939年,愛爾蘭連續兩天太陽呈血紅色,在晴空中幾乎沒有光輝;同年冬天,伊拉克底格裡斯河出現罕見洪水。

就在同一時期,中國的後晉經歷了「大雪害民,五旬不止」,隨後,一場空前嚴重的旱災和蝗災引發的饑荒席捲黃河中下游地區。 史書上的記錄觸目驚心,「民餒死者數十萬口,流亡不可勝數」,「晉祚自茲衰矣」。 饑荒發生三年後,契丹攻入,后晉就滅亡了。

後來這篇文章在國外期刊上發表,對於一個研究生來說是很不錯的成果。 這個學問確實是太冷門了,1980年的一篇文章,到我2003年去讀的時候已經20多年了,一直沒有人突破。

雖然說是「靈感」,其實背後需要的是地質和歷史兩方面的背景,有這個資歷的人比較少,恰好我都具備。 從此之後,我就開始深入研究火山爆發對氣候的影響,解釋氣候變化,同時也能幫助我們梳理一些歷史事件與火山噴發的因果關係。
 
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