地質(zhì)學(xué)家建立了湯加噴發(fā)的初步描述

導(dǎo)讀 1 月 15 日，Hunga Tonga-Hunga Ha'apai 火山摧毀了湯加這個(gè)國(guó)家。火山爆發(fā)引發(fā)了遠(yuǎn)至加勒比海的海嘯，并產(chǎn)生了多次環(huán)繞全球的大...

1 月 15 日，Hunga Tonga-Hunga Ha'apai 火山摧毀了湯加這個(gè)國(guó)家?；鹕奖l(fā)引發(fā)了遠(yuǎn)至加勒比海的海嘯，并產(chǎn)生了多次環(huán)繞全球的大氣波。與此同時(shí)，火山的羽流將氣體和火山灰從平流層噴射到中層下部。

火山噴發(fā)僅兩個(gè)月后，地質(zhì)學(xué)家就對(duì)它的展開(kāi)方式進(jìn)行了初步描述。加州大學(xué)圣巴巴拉分校的梅麗莎·斯克魯格斯和名譽(yù)教授弗蘭克·斯佩拉是國(guó)際研究團(tuán)隊(duì)的一員，他們?cè)凇兜卣鹧芯窟M(jìn)展》雜志上發(fā)表了關(guān)于該事件的第一個(gè)整體描述。作者認(rèn)為，前一天的噴發(fā)可能使火山的主要噴口沉入海面以下，從而為劇烈爆炸做好了準(zhǔn)備。這使得熔巖蒸發(fā)了大量的海水，第二天就加劇了火山噴發(fā)。

“毫無(wú)疑問(wèn)，這絕對(duì)是自 1991 年皮納圖博山以來(lái)最大的一次噴發(fā)，”研究巖漿混合和噴發(fā)觸發(fā)機(jī)制的通訊作者斯克魯格斯說(shuō)，她最近在加州大學(xué)圣巴巴拉分校完成了博士學(xué)位。她將 1 月份的事件與 1883 年喀拉喀托火山爆發(fā)相提并論，后者在 3,000 英里外都能聽(tīng)到。

Hunga Tonga-Hunga Ha'apai (HTHH) 是一座成層火山：一座大型的錐形山，容易發(fā)生周期性的猛烈噴發(fā)，但通?；顒?dòng)較溫和。它是 Tofua 火山弧沿線的眾多火山之一，該火山弧由太平洋板塊的巖漿供給，潛入-澳大利亞板塊下方。加熱和加壓煮熟下降板塊的巖石，排出水和其他揮發(fā)物。同樣的水降低了上面巖石的融化溫度，導(dǎo)致了距離板塊邊界約 100 公里的一系列火山。

被淹沒(méi)的危險(xiǎn)

Hunga Tonga 島和 Hunga Ha'apai 島(以火山命名)只是火山口或中央火山口邊緣的兩個(gè)最高點(diǎn)。或者他們是，直到火山爆發(fā)將大部分島嶼吹得高高的。

斯克魯格斯第一次聽(tīng)說(shuō)火山爆發(fā)是在她準(zhǔn)備睡覺(jué)的時(shí)候滾動(dòng)瀏覽她的推特信息的?！拔铱吹搅诵l(wèi)星噴發(fā)的 GIF，我的心跳停止了，”她說(shuō)，停下來(lái)尋找她的話。她立刻知道這件事會(huì)造成巨大的破壞?！白羁膳碌氖钦麄€(gè)國(guó)家都被切斷了，我們不知道發(fā)生了什么?！?/p>

隨著事件的發(fā)展，她已經(jīng)在向其他火山學(xué)家發(fā)送信息，試圖了解衛(wèi)星如此清晰地捕捉到的圖像?！拔覀冋娴闹皇情_(kāi)始試圖了解發(fā)生了什么，”斯克魯格斯說(shuō)?！耙虼?，我們收集了所有可能的信息，包括最初幾周內(nèi)可用的任何信息?！?作者利用他們能找到的任何資源來(lái)快速描述這次火山爆發(fā)的特征，包括公開(kāi)可用的數(shù)據(jù)、視頻甚至推文。

使用各種數(shù)據(jù)集，該團(tuán)隊(duì)計(jì)算出 1 月 15 日的事件開(kāi)始于當(dāng)?shù)貢r(shí)間下午 5:02(0402 &plu**n;1 UTC)。大約 13 分鐘后，地質(zhì)調(diào)查局在通風(fēng)口位置記錄了一次地震事件。噴發(fā)的前兩個(gè)小時(shí)特別猛烈，大約 12 小時(shí)后活動(dòng)減弱。

但噴發(fā)活動(dòng)實(shí)際上早在 2021 年 12 月 20 日就開(kāi)始了。在此之前，這座火山在 2009 年和 2014 年和 2015 年再次噴發(fā)。斯克魯格斯認(rèn)為，這些早期的事件是了解 HTHH 最近噴發(fā)背后的暴力事件的關(guān)鍵，也許與深度的巖漿管道系統(tǒng)的變化或巖漿的化學(xué)性質(zhì)隨時(shí)間的變化有關(guān)。

Hunga Tonga 和 Hunga Ha'apai 一直是獨(dú)立的島嶼，直到它們被火山主噴口的噴發(fā)聯(lián)合起來(lái)，形成了一座陸橋。“這個(gè)島于 2015 年剛剛誕生，”斯克魯格斯說(shuō)?！艾F(xiàn)在它已經(jīng)消失了。如果不是衛(wèi)星時(shí)代，我們甚至都不知道它曾經(jīng)存在過(guò)?！?/p>

2022 年 1 月 14 日，主通風(fēng)口的一次爆炸摧毀了這個(gè)連接，使通風(fēng)口沉入海面之下?！叭绻麤](méi)有拆除那座陸橋，1 月 15 日的噴發(fā)可能會(huì)像前一天一樣，因?yàn)樗粫?huì)有過(guò)多的海水，”斯克魯格斯說(shuō)。

驚人的爆炸

同一座火山，一天的不同：周五，火山口在水面之上，到了周六，它在水下?！斑@改變了世界，”斯克魯格斯說(shuō)。

研究小組認(rèn)為，海水在 1 月 15 日噴發(fā)背后的暴力和武力中起了很大作用。就像瓶裝火箭一樣，這種規(guī)模的噴發(fā)需要適當(dāng)?shù)乃蜌怏w比例來(lái)提供將其送上天空的力量。

它也像火箭一樣起飛?！八チ税雮€(gè)太空，”斯克魯格斯驚呼道?；矣鹕淙氪髿鈱?58 公里，穿過(guò)平流層進(jìn)入中層下部。這是 1980 年圣海倫斯山羽流所達(dá)到的高度的兩倍多。這是有記錄以來(lái)最高的火山羽流。

真正驚人的閃電數(shù)量也伴隨著噴發(fā)。作者懷疑，蒸發(fā)的海水導(dǎo)致熔巖碎裂成微小的灰粒，一旦蒸汽在高層大氣中凍結(jié)，這些灰粒就會(huì)被微小的冰晶連接起來(lái)。粒子的運(yùn)動(dòng)、溫度變化和大小產(chǎn)生了令人難以置信的靜電荷分離量，在噴發(fā)上方閃現(xiàn)。在噴發(fā)的前兩個(gè)小時(shí)，地球上大約 80% 的雷擊在 Hunga Tonga-Hunga Ha'apai 上空分裂了天空。

作者估計(jì) 1 月 15 日從 HTHH 噴發(fā)了大約 1.9 公里3的物質(zhì)，重達(dá) 2,900 太克?！暗珖姲l(fā)的量并不是什么大問(wèn)題，”斯佩拉說(shuō)，他是該論文的合著者、斯克魯格斯的博士顧問(wèn)。“特別之處在于噴發(fā)的能量如何與大氣和海洋相結(jié)合：許多能量進(jìn)入了全球范圍內(nèi)移動(dòng)的空氣和水?！?/p>

穿過(guò)海洋的沖擊波引發(fā)了整個(gè)太平洋及其他地區(qū)的海嘯。更重要的是，波浪到達(dá)的速度比海嘯預(yù)警模型預(yù)測(cè)的要快，因?yàn)檫@些模型沒(méi)有針對(duì)火山爆發(fā)進(jìn)行校準(zhǔn)——它們基于描述地震產(chǎn)生的海嘯的方程。

第二次海嘯跟隨大氣壓波。這種沖擊波甚至在與南太平洋沒(méi)有直接聯(lián)系的加勒比海引發(fā)了氣象海嘯。斯克魯格斯稱其為史無(wú)前例：“基本上整個(gè)海洋在噴發(fā)后五天都在晃動(dòng)，”她補(bǔ)充道。

有很多工作要做

科學(xué)家們?nèi)栽谄礈惢鹕桨l(fā)生的事情，因此他們還沒(méi)有完全了解海嘯波。然而，更新海嘯旅行預(yù)報(bào)系統(tǒng)是一項(xiàng)重要任務(wù)，因此它們可以解釋這種機(jī)制。否則，下次像 HTHH 這樣的火山噴發(fā)時(shí)，警告可能會(huì)不正確，可能會(huì)導(dǎo)致更多人喪生。

事實(shí)上，這一事件凸顯了無(wú)人監(jiān)控的海底火山所帶來(lái)的危險(xiǎn)。盡管遭受了破壞，湯加人民為 1 月 15 日的噴發(fā)做好了相對(duì)充分的準(zhǔn)備。政府已根據(jù)前一天的活動(dòng)發(fā)布了警告，國(guó)家也制定了應(yīng)對(duì)火山爆發(fā)和海嘯的計(jì)劃。

HTHH 過(guò)去也經(jīng)歷過(guò)類似的猛烈噴發(fā)。新西蘭奧塔哥大學(xué)研究人員最近發(fā)表的一篇論文顯示，大約 1000 年前，一次大爆發(fā)摧毀了海底火山頂峰的火山口。類似的火山很可能以同樣的方式噴發(fā)?？紤]一下 Kick 'em Jenny，它是另一座海底火山，其主要噴口位于水下 150 米處。它位于格林納達(dá)島以北 8 公里處?！跋胂笠幌?，如果像湯加噴發(fā)這樣的事情發(fā)生在加勒比地區(qū)，”斯克魯格斯說(shuō)。

研究人員只使用公開(kāi)可用的數(shù)據(jù)快速工作。隨著更多信息和樣本的出現(xiàn)，以及更多研究人員發(fā)表他們對(duì)這次突破性噴發(fā)的發(fā)現(xiàn)，他們計(jì)劃重新審視他們的所有發(fā)現(xiàn)。他們的主要目標(biāo)是為該主題的未來(lái)工作提供一個(gè)出發(fā)點(diǎn)。

斯克魯格斯特別熱衷于了解從這次噴發(fā)中收集的火山灰?；鹕綆r為訓(xùn)練有素的地質(zhì)學(xué)家提供了豐富的信息。檢查材料可以揭示噴發(fā)的巖漿類型，有多少，甚至有多少海水參與了噴發(fā)。

“已經(jīng)提出了很多問(wèn)題，”斯克魯格斯說(shuō)?！拔覀兩踔琳J(rèn)為不可能的事情現(xiàn)在都被記錄下來(lái)了?！?/p>

加州大學(xué)圣巴巴拉分校的研究人員將于今年 10 月在丹佛舉行的地質(zhì)學(xué)會(huì) 2022 年年會(huì)上主持一場(chǎng)關(guān)于 Hunga Tonga-Hunga Ha'apai噴發(fā)的特別邀請(qǐng)會(huì)議。斯佩拉說(shuō)：“看到其他地球科學(xué)家能發(fā)現(xiàn)這座獨(dú)特的火山，這將是令人興奮的?！?“我們才剛剛開(kāi)始?！?/p>