2021年全球火山活動綜述

韓 迪，朱大慶，顧國輝，曹戎機

（1.吉林省地震局，吉林 長春 130117；2.中國地震局火山研究所，吉林 長春 130117）

0 引言

火山是一種常見的地質(zhì)現(xiàn)象，火山噴發(fā)通常較為迅猛突然，極具毀滅性，是人類生存和發(fā)展所面臨的一大自然災(zāi)害。據(jù)不完全統(tǒng)計，全球有1500余座活火山（1萬年以來有過噴發(fā)）和上萬座死火山，主要分布四大火山帶：環(huán)太平洋火山帶、大洋中脊火山帶、地中海-喜馬拉雅火山帶及東非裂谷火山帶。自1980年以來，全球有歷史記錄的火山災(zāi)害死亡人數(shù)近30萬，造成經(jīng)濟損失達數(shù)十億美元[1-4]。本文通過綜合整理2021年全球活動火山的監(jiān)測數(shù)據(jù)，統(tǒng)計歸納了相關(guān)火山信息，以期對火山監(jiān)測、研究工作提供參考。

1 2021年全球活動火山的時空分布特征

環(huán)太平洋火山帶是全球最大的火山帶，沿岸活火山數(shù)目眾多，全球現(xiàn)代火山的噴發(fā)80%發(fā)生在這里，原因與太平洋板塊向島弧及大陸下的俯沖作用有關(guān)，是世界上發(fā)生地震和火山噴發(fā)最頻繁的地方[5-6]。

2021年全球共有28個國家的103座（比2020年增加14座）火山記錄到火山活動[7]。在構(gòu)造環(huán)境上，大部分活動火山分布在環(huán)太平洋火山帶上，部分沿印度板塊與歐亞板塊碰撞帶邊界排布；在地理位置上，主要位于印度尼西亞、美國、日本島弧、俄羅斯勘察加半島、巴布新幾內(nèi)亞、菲律賓、冰島、智利以及南北美洲交界地帶，尤其以印度尼西亞的活動火山分布最為密集；少量活動火山分布在意大利、西班牙、新西蘭、湯加群島等地；個別為海底活動火山（所羅門群島卡瓦奇火山、日本福德岡火山）（圖1）。

圖1 2021年全球噴發(fā)的活動火山分布圖（以火山噴發(fā)期間最高警戒級別來標(biāo)注）Fig.1 The distribution map of global eruptive volcanoes in 2021

火山活動極具不確定性，2021年的103座活動火山中，有81座火山為最近五年內(nèi)連續(xù)活動的火山（占78.6%）；有11座火山曾于更早 之前的五至十五年間有過噴發(fā)活動（占10.7%）；有11座火山（占10.7%）為長期休眠后又開始重新活動的火山，其中休眠期最長的為冰島克利蘇維克火山，達681年。

通過對多年資料進行統(tǒng)計（圖2），2010—2021年間，全球每年活動火山的總數(shù)為81～102座，十年均值為89.5座/年；全球每年周平均記錄的活動火山數(shù)量為14.6～20.1座，均值為16.8座/周。2021年全球活動火山總數(shù)為103座，周平均記錄活動火山數(shù)量為21座，均略高于往年，且本年度全球出現(xiàn)了幾次重大火山噴發(fā)事件，由此可以看出，火山活動強度有所增強，發(fā)生火山災(zāi)害的概率升高。

圖2 2010—2021年全球活動火山統(tǒng)計信息對比表Fig.2 Comparison table of global active volcano statistics from 2010 to 2021

2 2021年全球活動火山預(yù)警等級

火山預(yù)警等級是衡量火山活動危險程度的標(biāo)志，美國地質(zhì)調(diào)查局（USGS）火山災(zāi)害項目（VHP）將火山預(yù)警等級劃分為正常（I級）、通報（II級）、監(jiān)視（III級）和警告（IV級）共四個級別，它們各自所代表的危險程度依次上升。預(yù)警I級（綠色）的火山通常絕大多數(shù)時間都處在背景活動狀態(tài)，當(dāng)開始出現(xiàn)擾動或動蕩狀態(tài)時，即表示火山開始有活動跡象，或是從高一級別預(yù)警回到減弱或停止噴發(fā)的狀態(tài)。預(yù)警Ⅱ級（黃色）意味著火山的動蕩活動開始增強和加劇，或是從更高強度的活動狀態(tài)減弱至低級別狀態(tài)。相對于預(yù)警I級的火山，預(yù)警Ⅱ級的火山灰柱或噴氣柱更高，并開始出現(xiàn)低震級地震和小規(guī)模爆炸，有時也會出現(xiàn)熱異常，但多數(shù)無巖漿溢出。當(dāng)火山處于預(yù)警Ⅱ級或以上時，政府部門通常會將火山口周圍數(shù)公里的地區(qū)設(shè)為危險區(qū)域，禁止民眾或游客接近火山口。預(yù)警Ⅲ級（橙色）的火山意味著動蕩劇烈加速并表現(xiàn)出噴發(fā)的可能性，或者噴發(fā)已經(jīng)進行但造成的災(zāi)害有限。預(yù)警Ⅳ級（紅色）的火山通常意味著災(zāi)害性的噴發(fā)即將發(fā)生、正在進行或極有可能發(fā)生。在此狀態(tài)下，火山周圍的民眾一般會被當(dāng)局組織避難[8-10]。

通常，火山活動越強烈，所引發(fā)的火山災(zāi)害也越嚴重?；鹕筋A(yù)警級別隨火山活動的強弱而變化，有些可能會在數(shù)月內(nèi)出現(xiàn)連續(xù)變化，例如印度尼西亞登歌火山，在2021年的1—3月間無活動記錄，4—5月上升為Ⅱ級，之后的6—7月又變?yōu)闊o活動記錄，后又于8—9月升為Ⅱ級。但對于活動持續(xù)時間長的多數(shù)火山，其預(yù)警級別在數(shù)月內(nèi)基本處于同一水平，如印度尼西亞默拉皮火山、日本始良火山等在全年每周的報告中幾乎都保持在Ⅲ級。

2021年全球共有103座（比2020年增加14座）正在活動的火山，其中警戒級別Ⅰ級的火山有21座，占比20.4%（比2020年減少17座）；警戒級別Ⅱ級的火山有29座（比2020年減少1座），占比28.2%；警戒級別Ⅲ級的火山有42座（比2020年增加28座），占比40.8%；警戒級別Ⅳ級的火山11座（比2020年增加4座），占比10.7%?！耙粠б宦贰毖鼐€上共有24座火山出現(xiàn)活動。由統(tǒng)計數(shù)據(jù)可以看出，2021年的低預(yù)警等級（Ⅰ、Ⅱ）火山數(shù)量和占比百分率較2020年有所降低，高預(yù)警等級（Ⅲ、Ⅳ）則有所上升，但總體上仍以Ⅰ、Ⅱ級預(yù)警等級占主導(dǎo)，表明2021年全球火山噴發(fā)活動仍以中低水平為主。2021年度出現(xiàn)Ⅳ級預(yù)警且噴發(fā)時間較長的火山有西班牙拉帕爾馬火山、印度尼西亞塞梅魯火山、剛果（金）尼拉貢戈火山等。2021年預(yù)警Ⅳ級火山共計11座，詳見表1。

表1 預(yù)警Ⅳ級火山

3 2021年全球典型火山活動災(zāi)害情況

2021年火山災(zāi)害情況較2020年嚴重，主要的致災(zāi)因素為熔巖流、火山灰、火山碎屑流、火山泥石流、刺激性有毒有害的火山氣體、火山地震等，火山噴發(fā)造成了人員傷亡、財產(chǎn)損失等一定程度的社會影響[11-12]。

2021年5月22日剛果（金）尼拉貢戈火山東側(cè)出現(xiàn)裂隙，沿著裂隙噴出大量熔巖流。熔巖流切斷了戈馬市部分地區(qū)的供水和供電；火山地震造成一些建筑物倒塌受損；戈馬市兩座機場臨時關(guān)閉；政府下令疏散了高風(fēng)險地區(qū)（約10個區(qū)）的至少40萬居民。此次火山噴發(fā)造成32人死亡，其中12人在穿越熔巖流時死于熔巖灼燒和火山有毒氣體窒息，其余大部分人在逃離時死于事故，摧毀了3629所房屋、12所學(xué)校和3處衛(wèi)生基礎(chǔ)設(shè)施，造成2.5萬人流離失所。

2021年9月19日西班牙拉帕爾馬火山發(fā)生猛烈的爆炸式噴發(fā)，噴出的熔巖流持續(xù)向西海岸推進，島上機場受火山灰影響，一度無法正常運營而關(guān)閉，此次噴發(fā)造成1人死亡，累計7000多人撤離，2185座建筑物被毀，11.82km2的土地被熔巖流掩埋，造成超過9億歐元的經(jīng)濟損失。

2021年12月4日印度尼西亞爪哇島塞梅魯火山發(fā)生強烈爆炸式噴發(fā)，火山噴發(fā)伴隨著雷雨天氣，雨水裹挾著火山碎屑流和火山灰形成厚厚的火山泥流覆蓋了多個村鎮(zhèn)，造成部分地區(qū)斷電。據(jù)印度尼西亞國家災(zāi)害管理局（BNPB）報道，火山噴發(fā)造成48人死亡，另有17人失蹤，26人受重傷，11658人在52個疏散中心避難。

除火山噴發(fā)本身造成的直接影響外，天氣等其他原因，也能引發(fā)火山次生災(zāi)害。2021年4月印度尼西亞勒沃托洛山火山噴發(fā)產(chǎn)生的火山灰由于連日暴雨形成火山泥石流災(zāi)害，此次次生災(zāi)害造成西努沙登加拉省和東努沙登加拉省至少86人死亡、71人失蹤，14座村莊被徹底隔絕，交通中斷。日本福德岡火山于2021年8月底噴發(fā)，產(chǎn)生了大量的浮石，10月被海水沖刷至日本沖繩縣海岸，累計損壞數(shù)百艘船只，漁船無法出海，港口堵塞，漁場中養(yǎng)殖的水產(chǎn)品誤吞浮石死亡，對漁業(yè)、旅游業(yè)造成損失，但無人員傷亡報道。

4 2021年全球火山活動對全球氣候的影響

火山噴發(fā)不僅造成火山附近居民的生命財產(chǎn)的損失，而且還影響航空業(yè)和氣候。大型火山爆發(fā)導(dǎo)致火山氣溶膠進入平流層，通過吸收和散射太陽輻射能量引起全球氣溫下降。一次大型火山爆發(fā)事件可能導(dǎo)致地球表面平均溫度在1～3年內(nèi)下降0.5℃左右[13]。1950年后的5次大型火山爆發(fā)事件包括1963年印度尼西亞阿貢火山、1974年印度尼西亞默拉皮火山、1980年美國圣海倫斯火山、1991年菲律賓皮納圖博火山和2011年厄立特里亞納貝洛火山爆發(fā)事件，都導(dǎo)致了全球氣溫降低。李心月等[14]的最新研究結(jié)果表明，這5次火山爆發(fā)事件引起了全球地表平均溫度在火山爆發(fā)后1～2年內(nèi)的溫度大幅下降（即存在滯后效應(yīng)），火山爆發(fā)導(dǎo)致的全球降溫幅度約為0.04～0.08℃/年，遠高于全球長期變暖的速度（約為0.07℃/每10年）。非大型火山爆發(fā)事件產(chǎn)生的對氣候影響作用則相對較小，滯后效應(yīng)的時間尺度也相對較短?；鹕絿姲l(fā)和地?zé)峄顒俞尫诺臏厥覛怏w主要是二氧化碳和甲烷等氣體。Carol Stewart等[15]根據(jù)GVP報告內(nèi)容的研究表明，自2001年以來，全球火山一共發(fā)生了124次VEI≥3的噴發(fā)活動，但并未使全球氣候受到強烈影響。對流層的平均厚度在低緯度為17～18 km，中緯度10～12 km，高緯度8～9 km。我們選取10 km作為在低-中緯度可以越過對流層到達平流層的最低高度，若火山灰柱高度大于10 km，則火山灰柱中所含的硫化物會進入平流層，從而對全球氣候產(chǎn)生影響。

在2021年全球103座有活動記錄的火山中，有60座存在火山灰排放情況，18座存在SO2排放情況，3座有CO2排放情況，溫室效應(yīng)影響極弱，遠小于碳中和的作用能力。全年活動火山中，噴發(fā)柱高度超過10 km的火山共有12座（表2），比2020年增加7座，從表中可看出，這12座火山噴發(fā)產(chǎn)生的能影響全球氣候的火山氣體排放時間短，火山氣體硫化物的含量不足以引起全球氣候異常。如厄瓜多爾桑蓋火山在3月10—11日噴發(fā)期間排放3.1萬噸SO2氣體；圣文森特蘇弗里耶爾火山在4月10—18日噴發(fā)期間SO2的排放量為2492噸；衛(wèi)星數(shù)據(jù)顯示湯加王國哈派群島火山12月20—21日噴出9000噸SO2，這三者的排放量均遠未達到影響全球氣候環(huán)境的程度。另外，通過對多年資料的統(tǒng)計：2010—2020年間活動火山數(shù)量的年均值為89.5座/年，2021年全球活動火山總數(shù)為103座，稍高于最近十年的平均值，但本年度全球未出現(xiàn)火山爆發(fā)指數(shù)VEI≥3的火山噴發(fā)事件，較強烈火山噴發(fā)的持續(xù)時間都較為短暫，噴發(fā)總量不大，更多的是對當(dāng)?shù)卦斐删植坑邢薜挠绊懀ɡ绾驓怏w導(dǎo)致局部區(qū)域酸雨等），不會對全球氣候造成顯著或重大影響。

表2 2021年火山灰柱達到海拔10 km以上的火山

綜合以上情況，2021年全球火山活動僅可能會對火山附近局部區(qū)域的天氣及大氣環(huán)境產(chǎn)生暫時性的或比較有限的影響，與其它非火山的影響因素相比，本年度全球火山活動不足以對全球范圍的大氣環(huán)境與氣候產(chǎn)生影響。

5 結(jié)論

通過以上對2021年全球火山活動的總結(jié)與對比，有如下幾點認識：2021年全球火山活動主要分布在在環(huán)太平洋火山帶上，印度尼西亞的活動火山分布最為密集；2021年全球火山活動強度仍以中低水平為主，但較于2020年有所增強，其年總數(shù)、周平均記錄數(shù)也均高于過往十年；2021年全球火山活動共造成167人死亡，大量經(jīng)濟財產(chǎn)損失；2021年全球火山活動不足以對全球范圍的大氣環(huán)境與氣候產(chǎn)生影響。

注：本文數(shù)據(jù)主要來自史密森全球火山活動項目GVP（Smithsonian Institution Global Volcanism Program）以及其他相關(guān)火山監(jiān)測機構(gòu)的監(jiān)測信息與地震網(wǎng)站監(jiān)測開源數(shù)據(jù)。