地质学家建立了汤加喷发的初步描述

1 月 15 日，Hunga Tonga-Hunga Ha'apai 火山摧毁了汤加这个国家。火山爆发引发了远至加勒比海的海啸，并产生了多次环绕全球的大气波。与此同时，火山的羽流将气体和火山灰从平流层喷射到中层下部。

火山喷发仅两个月后，地质学家就对它的展开方式进行了初步描述。加州大学圣巴巴拉分校的梅丽莎·斯克鲁格斯和名誉教授弗兰克·斯佩拉是国际研究团队的一员，他们在《地震研究进展》杂志上发表了关于该事件的第一个整体描述。作者认为，前一天的喷发可能使火山的主要喷口沉入海面以下，从而为剧烈爆炸做好了准备。这使得熔岩蒸发了大量的海水，第二天就加剧了火山喷发。

“毫无疑问，这绝对是自 1991 年皮纳图博山以来最大的一次喷发，”研究岩浆混合和喷发触发机制的通讯作者斯克鲁格斯说，她最近在加州大学圣巴巴拉分校完成了博士学位。她将 1 月份的事件与 1883 年喀拉喀托火山爆发相提并论，后者在 3,000 英里外都能听到。

Hunga Tonga-Hunga Ha'apai (HTHH) 是一座成层火山：一座大型的锥形山，容易发生周期性的猛烈喷发，但通常活动较温和。它是 Tofua 火山弧沿线的众多火山之一，该火山弧由太平洋板块的岩浆供给，潜入-澳大利亚板块下方。加热和加压煮熟下降板块的岩石，排出水和其他挥发物。同样的水降低了上面岩石的融化温度，导致了距离板块边界约 100 公里的一系列火山。

被淹没的危险

Hunga Tonga 岛和 Hunga Ha'apai 岛(以火山命名)只是火山口或中央火山口边缘的两个最高点。或者他们是，直到火山爆发将大部分岛屿吹得高高的。

斯克鲁格斯第一次听说火山爆发是在她准备睡觉的时候滚动浏览她的推特信息的。“我看到了卫星喷发的 GIF，我的心跳停止了，”她说，停下来寻找她的话。她立刻知道这件事会造成巨大的破坏。“最可怕的是整个国家都被切断了，我们不知道发生了什么。”

随着事件的发展，她已经在向其他火山学家发送信息，试图了解卫星如此清晰地捕捉到的图像。“我们真的只是开始试图了解发生了什么，”斯克鲁格斯说。“因此，我们收集了所有可能的信息，包括最初几周内可用的任何信息。” 作者利用他们能找到的任何资源来快速描述这次火山爆发的特征，包括公开可用的数据、视频甚至推文。

使用各种数据集，该团队计算出 1 月 15 日的事件开始于当地时间下午 5:02(0402 ±1 UTC)。大约 13 分钟后，地质调查局在通风口位置记录了一次地震事件。喷发的前两个小时特别猛烈，大约 12 小时后活动减弱。

但喷发活动实际上早在 2021 年 12 月 20 日就开始了。在此之前，这座火山在 2009 年和 2014 年和 2015 年再次喷发。斯克鲁格斯认为，这些早期的事件是了解 HTHH 最近喷发背后的暴力事件的关键，也许与深度的岩浆管道系统的变化或岩浆的化学性质随时间的变化有关。

Hunga Tonga 和 Hunga Ha'apai 一直是独立的岛屿，直到它们被火山主喷口的喷发联合起来，形成了一座陆桥。“这个岛于 2015 年刚刚诞生，”斯克鲁格斯说。“现在它已经消失了。如果不是卫星时代，我们甚至都不知道它曾经存在过。”

2022 年 1 月 14 日，主通风口的一次爆炸摧毁了这个连接，使通风口沉入海面之下。“如果没有拆除那座陆桥，1 月 15 日的喷发可能会像前一天一样，因为它不会有过多的海水，”斯克鲁格斯说。

惊人的爆炸

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。“这改变了世界，”斯克鲁格斯说。

研究小组认为，海水在 1 月 15 日喷发背后的暴力和武力中起了很大作用。就像瓶装火箭一样，这种规模的喷发需要适当的水和气体比例来提供将其送上天空的力量。

它也像火箭一样起飞。“它去了半个太空，”斯克鲁格斯惊呼道。灰羽射入大气层 58 公里，穿过平流层进入中层下部。这是 1980 年圣海伦斯山羽流所达到的高度的两倍多。这是有记录以来最高的火山羽流。

真正惊人的闪电数量也伴随着喷发。作者怀疑，蒸发的海水导致熔岩碎裂成微小的灰粒，一旦蒸汽在高层大气中冻结，这些灰粒就会被微小的冰晶连接起来。粒子的运动、温度变化和大小产生了令人难以置信的静电荷分离量，在喷发上方闪现。在喷发的前两个小时，地球上大约 80% 的雷击在 Hunga Tonga-Hunga Ha'apai 上空分裂了天空。

作者估计 1 月 15 日从 HTHH 喷发了大约 1.9 公里3的物质，重达 2,900 太克。“但喷发的量并不是什么大问题，”斯佩拉说，他是该论文的合著者、斯克鲁格斯的博士顾问。“特别之处在于喷发的能量如何与大气和海洋相结合：许多能量进入了全球范围内移动的空气和水。”

穿过海洋的冲击波引发了整个太平洋及其他地区的海啸。更重要的是，波浪到达的速度比海啸预警模型预测的要快，因为这些模型没有针对火山爆发进行校准——它们基于描述地震产生的海啸的方程。

第二次海啸跟随大气压波。这种冲击波甚至在与南太平洋没有直接联系的加勒比海引发了气象海啸。斯克鲁格斯称其为史无前例：“基本上整个海洋在喷发后五天都在晃动，”她补充道。

有很多工作要做

科学家们仍在拼凑火山发生的事情，因此他们还没有完全了解海啸波。然而，更新海啸旅行预报系统是一项重要任务，因此它们可以解释这种机制。否则，下次像 HTHH 这样的火山喷发时，警告可能会不正确，可能会导致更多人丧生。

事实上，这一事件凸显了无人监控的海底火山所带来的危险。尽管遭受了破坏，汤加人民为 1 月 15 日的喷发做好了相对充分的准备。政府已根据前一天的活动发布了警告，国家也制定了应对火山爆发和海啸的计划。

HTHH 过去也经历过类似的猛烈喷发。新西兰奥塔哥大学研究人员最近发表的一篇论文显示，大约 1000 年前，一次大爆发摧毁了海底火山顶峰的火山口。类似的火山很可能以同样的方式喷发。考虑一下 Kick 'em Jenny，它是另一座海底火山，其主要喷口位于水下 150 米处。它位于格林纳达岛以北 8 公里处。“想象一下，如果像汤加喷发这样的事情发生在加勒比地区，”斯克鲁格斯说。

研究人员只使用公开可用的数据快速工作。随着更多信息和样本的出现，以及更多研究人员发表他们对这次突破性喷发的发现，他们计划重新审视他们的所有发现。他们的主要目标是为该主题的未来工作提供一个出发点。

斯克鲁格斯特别热衷于了解从这次喷发中收集的火山灰。火山岩为训练有素的地质学家提供了丰富的信息。检查材料可以揭示喷发的岩浆类型，有多少，甚至有多少海水参与了喷发。

“已经提出了很多问题，”斯克鲁格斯说。“我们甚至认为不可能的事情现在都被记录下来了。”

加州大学圣巴巴拉分校的研究人员将于今年 10 月在丹佛举行的地质学会 2022 年年会上主持一场关于 Hunga Tonga-Hunga Ha'apai喷发的特别邀请会议。斯佩拉说：“看到其他地球科学家能发现这座独特的火山，这将是令人兴奋的。” “我们才刚刚开始。”

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