“人造火山噴發(fā)”

位于湯加首都努庫阿洛法以北約65公里處的洪阿哈阿帕伊島火山1月14日和15日噴發(fā)。圖片|新華社

今年1月，南太平洋島國(guó)湯加火山劇烈噴發(fā)，這可能是30年來全球規(guī)模最大的一次海底火山噴發(fā)。

從1月15日風(fēng)云四號(hào)B星數(shù)據(jù)制作的1000米分辨率多通道真彩色合成圖可以看出，瞬間噴出的火山灰云突破對(duì)流層頂，形成直徑近500公里的傘形云團(tuán)，周邊的巨大沖擊波清晰可見。

湯加島嶼火山噴發(fā)后，關(guān)于“火山噴發(fā)會(huì)改變?nèi)驓夂颉?，乃至“受益于火山噴發(fā)，可以抵消全球變暖影響、減輕減排壓力”等話題引發(fā)熱烈討論。有專家認(rèn)為，火山噴發(fā)一般會(huì)對(duì)未來一到兩年全球和東亞氣候產(chǎn)生持續(xù)影響，大概出現(xiàn)0.3℃左右的降溫效應(yīng)。

對(duì)于我國(guó)而言，火山噴發(fā)可減弱次年東亞夏季風(fēng)強(qiáng)度，進(jìn)而導(dǎo)致我國(guó)夏季雨帶偏南。也有專家表示，如果沒有減排這個(gè)前提，只通過人為方法大尺度改變地球系統(tǒng)的輻射平衡，無法解決氣候變化問題。

資料顯示，1783年，冰島的納基火山噴發(fā)導(dǎo)致歐洲1783年至1784年冬季氣候異常寒冷;1815年，印尼坦博拉火山噴發(fā)造成嚴(yán)重氣候?yàn)?zāi)難，火山噴發(fā)次年全球平均氣溫約下降0.4℃至0.7℃，北半球許多地區(qū)遭遇“無夏之年”;1991年，菲律賓皮納圖博火山噴發(fā)，向平流層注入大量氣溶膠，數(shù)月后全球平均氣溫下降約0.5℃……這些著名的火山噴發(fā)事件都證明，火山噴發(fā)確實(shí)會(huì)與全球氣溫下降產(chǎn)生關(guān)聯(lián)。

湯加島嶼火山處于低緯度地區(qū)。中國(guó)氣象科學(xué)研究院氣候與氣候變化研究所研究員祝從文介紹，近100年來，有3次大規(guī)模低緯度火山噴發(fā)，分別是阿貢火山（1963年3月17日）、埃爾奇瓊火山（1982年4月4日）和皮納圖博火山（1991年6月15日）。它們噴發(fā)后的當(dāng)年冬季（12月至次年2月），我國(guó)除東北和新疆以外大部分地區(qū)氣溫偏低。此外，拉尼娜的發(fā)生對(duì)當(dāng)年我國(guó)除青藏高原以外地區(qū)冬季氣溫同樣起到致冷作用。

祝從文表示，火山噴發(fā)之所以會(huì)導(dǎo)致降溫，主要原因是它向大氣層注入了含硫氣溶膠，這些氣溶膠進(jìn)入平流層，能幫助地球?qū)⒏嗟年柟夥瓷涑鋈?，從而在大氣層?nèi)產(chǎn)生冷卻效應(yīng)。

“不過需要注意的是，這個(gè)因果關(guān)系若成立，還必須考慮一個(gè)重要因素——量級(jí)?！弊奈膹?qiáng)調(diào)。

美國(guó)國(guó)家航空航天局Aura號(hào)地球觀測(cè)衛(wèi)星的監(jiān)測(cè)圖顯示，湯加島嶼火山噴發(fā)首日二氧化硫的釋放量為62千噸。賓夕法尼亞州立大學(xué)大氣科學(xué)特聘教授邁克爾·曼恩分析，曾導(dǎo)致全球平均氣溫下降0.5℃的皮納圖博火山噴發(fā)最終釋放了20000千噸二氧化硫。因此如果要達(dá)到之前噴發(fā)對(duì)氣溫下降的影響，湯加島嶼火山需要排放更多的二氧化硫。

祝從文表示，一系列研究表明，火山噴發(fā)一般會(huì)對(duì)未來一到兩年全球和東亞氣候產(chǎn)生持續(xù)影響，大概出現(xiàn)0.3℃左右的降溫效應(yīng)。對(duì)于我國(guó)而言，火山噴發(fā)可減弱次年東亞夏季風(fēng)強(qiáng)度，進(jìn)而導(dǎo)致我國(guó)夏季雨帶偏南。因此，他建議將火山噴發(fā)的持續(xù)影響納入汛期降水預(yù)測(cè)因子中加以考慮。

“人造火山噴發(fā)”能降溫嗎

如果火山噴發(fā)有降溫作用，那是不是只要人工制造這種氣溶膠，并將其播撒到大氣平流層中，就不用花大力氣減排了？

對(duì)此，中國(guó)社會(huì)科學(xué)院生態(tài)文明研究所研究員陳迎表示反對(duì)：“如果沒有減排這個(gè)前提，只靠SRM（太陽輻射干預(yù)，即通過人為方法大尺度改變地球系統(tǒng)的輻射平衡以應(yīng)對(duì)全球變暖），肯定是無法解決氣候變化問題的?！?/p>

她補(bǔ)充說，SRM也解決不了海洋酸化問題，同時(shí)還可能帶來其他風(fēng)險(xiǎn)和不確定性，比如改變氣溫和降水分布等。

不過，根據(jù)近年最新研究，如果建立在大幅度減排基礎(chǔ)上，SRM有潛力作為應(yīng)對(duì)氣候變化的輔助措施。

浙江大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院大氣科學(xué)系教授曹龍介紹，目前提出的SRM方法主要包括向平流層注入氣溶膠、海洋低云亮化、增加海洋和陸地表面的反照率。這些方法的基本出發(fā)點(diǎn)是增加地—?dú)庀到y(tǒng)的反照率，減少到達(dá)大氣和地面的太陽輻射，通過短波輻射干預(yù)的方法，抵消溫室氣體增加造成的暖化效應(yīng)。

曹龍介紹，IPCC第六次評(píng)估報(bào)告評(píng)估了SRM對(duì)氣候系統(tǒng)和碳循環(huán)的影響，主要結(jié)論包括SRM可以在全球和區(qū)域尺度上抵消一部分溫室氣體增加造成的氣候變化，但無法在全球和區(qū)域尺度上完全抵消溫室氣體增加引起的氣候變化，并且SRM無法緩解海洋酸化。

曹龍?zhí)寡?，由于目前?duì)云—?dú)馊苣z輻射過程的相互作用和微物理過程認(rèn)知仍很有限，對(duì)于基于氣溶膠的SRM冷卻潛力認(rèn)知還有很大的不確定性。下一步研究工作中，有必要利用包括更完備的云—?dú)馊苣z—輻射過程的高分辨率模式，對(duì)SRM方法進(jìn)行模擬研究，進(jìn)一步認(rèn)知不同SRM方法的冷卻潛力和對(duì)氣候系統(tǒng)的影響。另外，還要大力加強(qiáng)研究不同地點(diǎn)和時(shí)間實(shí)施不同SRM方法對(duì)全球和區(qū)域氣候影響究。

與引起1816 年“無夏之年”的坦博拉火山爆發(fā)相比，中科院大氣物理所副研究員魏科認(rèn)為，湯加火山噴發(fā)量級(jí)差距巨大，如果后期沒有更強(qiáng)的爆發(fā)，此次火山爆發(fā)對(duì)全球氣候的影響非常有限。

目前，這場(chǎng)爆發(fā)于南太平洋的火山噴發(fā)已經(jīng)攪動(dòng)了近半個(gè)地球。那么，此次噴發(fā)為何會(huì)如此猛烈？接下來還會(huì)發(fā)生高強(qiáng)度噴發(fā)嗎？

此次火山噴發(fā)位于無人居住的洪阿哈阿帕伊島，距離湯加首都努庫阿洛法以北約65公里。噴發(fā)于當(dāng)?shù)貢r(shí)間1月14日開始，在1月15日下午第二次劇烈噴發(fā)。

噴發(fā)發(fā)生后，包括日本、斐濟(jì)等國(guó)家，以及美國(guó)夏威夷、阿拉斯加和太平洋沿岸在內(nèi)的大部分環(huán)太平洋地帶都發(fā)布了海嘯警報(bào)。美國(guó)地質(zhì)勘探局估計(jì)，這次火山爆發(fā)引發(fā)了一次相當(dāng)于5.8級(jí)的地震。

“此次噴發(fā)規(guī)模相當(dāng)大?！?火山研究專家、中科院院士劉嘉麒說，火山從海底噴發(fā)穿過四五千米深的海洋到達(dá)地表后，火山灰還能升到20多公里的高空，又引起比較強(qiáng)烈的地震和較大范圍的海嘯。“如果在地面噴發(fā)，火山灰甚至可能達(dá)到40公里的高空。”

劉嘉麒表示，此次火山噴發(fā)是1991年菲律賓皮納圖博火山（火山噴發(fā)指數(shù)VEI達(dá)到6級(jí)）爆發(fā)以來，地球上發(fā)生的最強(qiáng)火山噴發(fā)。盡管如此，在他看來，其強(qiáng)度或能達(dá)到5級(jí)，仍達(dá)不到6級(jí)。“否則，整個(gè)島嶼可能會(huì)被掀掉?！彼f。

過去100年，洪阿哈阿帕伊島海底火山活動(dòng)十分活躍，曾經(jīng)歷多次噴發(fā)，不斷塑造著島嶼面貌。

就在此次大規(guī)模噴發(fā)之前，該海底火山在2021年12月20日還曾噴發(fā)過一次，火山灰達(dá)到16公里的高度，噴發(fā)過程持續(xù)至12月21日凌晨左右逐漸減弱。

根據(jù)相關(guān)媒體報(bào)道，此次噴發(fā)之后，基本上位于北部的整個(gè)島嶼都沉入海底，還使得2014年形成的新島嶼沉入海面以下。

這一地帶的海底火山緣何頻繁噴發(fā)呢？對(duì)此，劉嘉麒解釋，這與其所處的地質(zhì)環(huán)境有著很大的關(guān)系。首先，這一帶附近有著“地球第二深”的湯加海溝——深達(dá)10882米，僅次于馬里亞納海溝，是巖漿、火山和地震活動(dòng)比較活躍的地方;同時(shí)，其附近多島嶼，地質(zhì)構(gòu)造比較活躍，作為湯加—克馬德克群島火山弧的一部分，地震、火山經(jīng)常發(fā)生;另外湯加又處在太平洋板塊跟大洋洲板塊交界處，板塊互相碰撞俯沖，也是引起火山噴發(fā)和地震的一個(gè)重要因素。

與引起1816年“無夏之年”的坦博拉火山爆發(fā)相比，中科院大氣物理所副研究員魏科認(rèn)為，湯加火山噴發(fā)量級(jí)差距巨大，如果后期沒有更強(qiáng)的爆發(fā)，此次火山爆發(fā)對(duì)全球氣候的影響非常有限。

值得注意的是，大規(guī)?；鹕絿姲l(fā)對(duì)氣候的影響不僅僅局限于全球溫度，也會(huì)對(duì)熱帶海溫分布狀態(tài)有所影響，還可能產(chǎn)生其他的環(huán)流影響?！皬慕y(tǒng)計(jì)上講，火山爆發(fā)有助于厄爾尼諾的發(fā)展。由于目前處于拉尼娜狀態(tài)，因此可能會(huì)有助于拉尼娜的消退。但統(tǒng)計(jì)規(guī)律并不一定適合每一次的火山過程，還需要后續(xù)的觀察和分析?！蔽嚎普f。

劉嘉麒也認(rèn)為，此次火山噴發(fā)對(duì)于氣候環(huán)境和生態(tài)產(chǎn)生的影響只是局部的、短時(shí)間的。他指出，歷史上的相關(guān)影響大都不是某一局部火山噴發(fā)造成的，而更可能發(fā)生在大火山省噴發(fā)的情況下?！氨热?00多萬平方公里的西伯利亞大火山省，或是我國(guó)峨眉山五六十萬平方公里的大火山省噴發(fā)，會(huì)對(duì)氣候環(huán)境和生態(tài)產(chǎn)生一些大的影響?！彼f。

“火山噴發(fā)通常是間歇性的，但也有連貫性。這個(gè)地區(qū)這么大的噴發(fā)規(guī)模，不會(huì)馬上完全靜止?！眲⒓西璞硎荆环矫?，對(duì)于一座海底火山來說，目前能了解的僅是水面以上的情況，海底未到達(dá)水面的小規(guī)模噴發(fā)無法監(jiān)測(cè)。另一方面，現(xiàn)在到達(dá)水面以上的噴發(fā)僅過了三四天，不可能完全靜止。

“有的時(shí)候它會(huì)先釋放一些能量，蓄積一段時(shí)間的能量后繼續(xù)噴發(fā)?！眲⒓西枵f，“如果條件具備，像1月15日這么大規(guī)模的噴發(fā)也并非不可能。但一般這種概率比較小，因?yàn)樗呀?jīng)釋放了比較多的能量?！?/p>

中科院地質(zhì)地球所副研究員孫春青也向本報(bào)表示，由于巖漿房?jī)?nèi)部?jī)?chǔ)存的大量能量和物質(zhì)已被釋放，因此盡管不能排除其可能性，但大規(guī)模噴發(fā)概率不大。

根據(jù)中國(guó)自然資源部海嘯預(yù)警中心最新監(jiān)測(cè)結(jié)果，中國(guó)沿海海域于1月16日凌晨監(jiān)測(cè)到海嘯波，其中浙江石浦站最大海嘯波幅約20厘米，其余潮位站海嘯波幅均小于15厘米。此次噴發(fā)過程未對(duì)中國(guó)沿岸造成災(zāi)害性影響。

如果發(fā)生進(jìn)一步噴發(fā)是否會(huì)影響到我國(guó)沿海地區(qū)呢？在劉嘉麒看來，我國(guó)不大可能遭受此次噴發(fā)帶來的海嘯的影響，因?yàn)槲覈?guó)大部分沿海地區(qū)有島弧鏈阻擋。不過，海南、臺(tái)灣以及浙江、福建等有著裸露海岸線的地區(qū)可能受到大規(guī)模海嘯的波及，因此應(yīng)加強(qiáng)防范。

◎ 來源|中國(guó)科學(xué)報(bào)