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作为教育基金会在社会公益板块的资助项目之一，教育基金会给予了石头科普沙龙项目支持和保障，为树立中国科大的科普旗帜、扩大中国科大的影响力贡献力量，共同履行中国科大作为全国一流高校传播科学知识的重任。

本期石头科普将为大家一起探索“汤加火山喷发”是否会影响全球气候。

当地时间1月15日下午，位于南太平洋的岛国汤加王国境内一座海底火山（Hunga Tonga-Hunga Ha'apai）发生猛烈喷发，火山喷发的同时伴有7.6级剧烈地震和海啸。

 

美国联合台风警报中心给出海啸警报：汤加火山爆发引发了7.6级强震

在日本气象卫星“向日葵8号”拍摄的云图上，这次喷发过程清晰可见，极富视觉冲击力。

火山喷发不仅产生了巨大的蘑菇云和巨量火山灰，还肉眼可见地激发了剧烈的大气重力波，导致全球海平面气压值都随之一颤。

 

远在美国科罗拉多州的气象站监测到本次火山喷发带来的气压变化，达到了1百帕（0.1%大气压）

火山喷发的强度有一系列评级标准，最常用的是火山爆发指数（VEI），由美国科学家于1982年提出。这个指数按照喷发物的流量来判断，分为0到8级，对应喷出物流量从0.00001立方千米到1000立方千米。每增加一级，喷出物流量增加为十倍。或者分为几种经验等级，从最缓和到最猛烈依次为夏威夷式、斯通波利式、伏尔坎宁式、培雷式、普林尼式和超普林尼式。

 

火山喷发等级示意图。倒数第二个就是人类文明历史上最强喷发——1815年坦博拉火山大爆发，导致了著名的“无夏之年”

本次汤加火山爆发等级为普林尼式，估测VEI强度为5～6级，属于本世纪以来最强，略低于1991年菲律宾皮纳图博火山喷发（6级），强于2010年冰岛火山喷发（4级）和2011年智利普耶韦火山喷发（5级）。

 

火山喷发前，火山口位于图中两个“小岛”（实际上是火山的边缘）之间的海底

剧烈的火山喷发对全球气候的影响是非常大的。 通常情况下，火山喷发产生的火山灰都还是在对流层内，产生的巨大尘埃云经过大气环流的稀释、沉降，几个月之后就可以基本消除。但是，对于非常强的火山喷发，其产生的 火山灰可以冲入平流层；而喷发时产生的SO₂进入平流层后，会与水蒸气反应，产生大量 硫酸盐气溶胶。 两者共同作用下，将 对进入大气的太阳光产生削弱作用，更多太阳辐射被反射到太空，导致全球海平面气温下降。

 这里引入一个概念“辐射强迫”（radiative forcing），有时候也称“气候强迫”（climate forcing）它表示地球气候系统接收和发射热辐射的情况，正的辐射强迫表示地球吸收热辐射变多或释放热辐射变少，地球气温会上升；负的辐射强迫则恰好相反。火山灰通常会产生负的辐射强迫，导致地球反射太阳光增多，气温下降。

 

本次火山喷发产生的蘑菇云

历史上著名的1815年 坦博拉火山爆发和1991年 皮纳图博火山爆发都导致了次年全球气温出现下降。 而在人类出现之前，地球上还出现过很多次更具毁灭性的火山喷发，巨量火山灰铺满了天空，挡住了太阳，全球进入冰川纪元，大量物种惨遭灭绝，整个降温过程在几十年甚至区区几年的时间里就完成了。 

所幸，本次火山喷发的强度比这些都要弱，它所带来的气候影响可能只是暂时的。而且，本次火山喷发位于南半球，对北半球的直接气候影响是比较弱的。

 

1815年坦博拉火山爆发想象图

尽管如此，由于汤加火山所处位置正好是在厄尔尼诺的重点监测区域， 这里产生的剧烈大气波动会否引起更为极端的厄尔尼诺或者拉尼娜事件，仍然值得我们持续关注。

 另外，南半球的阿根廷、巴西等国都是重要的粮食产地，在新冠、蝗灾导致全球粮荒的大背景下，本次火山喷发很可能对本就形势严峻的全球粮食供应雪上加霜。

厄尔尼诺观测区域，汤加位于nino4区南方不远处

当前我们仍然处在全球变暖的大环境之下， 这次火山喷发如果导致全球气温下降，是否可以有助于缓解全球变暖，甚至扭转全球变暖的趋势？ 

历史已经告诉我们答案。1991年皮纳图博火山爆发之后，一些科学家一度认为全球变暖的趋势遭到遏制，或者认为人类活动带来的气候变化完全无法比拟大自然自身的力量。然而，后来三十年的气候观测表明，尽管强大的火山喷发一度使得全球气温出现暂时下降，其影响仍然难以扭转全球变暖和海平面上升的趋势。相关的研究印证，地球气候系统对火山喷发这样极短时间内产生的剧烈变化有强大的反馈调节机制（climate feedback）。虽然火山灰遮挡了阳光，但同时也产生了大量凝结核，导致云量增加，温室效应增强，地表释放到太空的热量因此变少了，这样全球气温在短暂下降之后又很快逐渐恢复。

如图所示，全球气温在皮纳图博火山爆发后一度下降（阴影区），但并没有改变长期的变暖趋势

人类文明仍然需要自己想办法解决迫在眉睫的气候问题，而不是依靠所谓“上天救赎”“大自然的自我调整”。换一个角度考虑，如果类似本次火山喷发的事件层出不穷，真的扭转了全球变暖，我们恐怕更容易进入冰河世纪，而不是让气候“恰到好处”。

本次火山喷发对全球气候的具体影响，亟待未来全球气候学家的仔细研究。当前，希望南太平洋岛国民众能挺过这次火山喷发带来的海啸灾难！

参考文献

1.日本气象厅卫星云图

2.联合台风警报中心实时地震警报

3.维基百科

4.相关新闻图片，原始图源为推特网友

5.科罗拉多州立大学气压观测数据

6.NASA GISS 数据产品

7.“皮纳图博火山”Mount Pinatubo相关研究文献