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“煽动翅膀的蝴蝶”:一场火山爆发,如何影响全球?

来源:红星新闻

© 由 红星新闻 提供

1990年4月21日,美国阿拉斯加州Redoubt火山爆发冲破对流层顶,将火山灰和气溶胶注入平流层。

当地时间1月15日下午,南太平洋岛国汤加的洪阿哈阿帕伊岛火山发生大规模爆发,此后该国与外界“失联”。目前,澳大利亚等国已派机前往汤加评估损失,按照澳太平洋事务部部长泽德·塞塞利亚的说法,初步报告显示,火山喷发和海啸没有在汤加造成大规模伤亡。

新西兰奥克兰大学的火山学家克罗宁(Shane Cronin)指出,这是汤加过去30年来最大的火山爆发之一,“横向蔓延范围广,产生的灰烬多”。本次爆发是这座火山“千年一遇”的大规模爆发之一。他解释道,大规模火山爆发大约每1000年发生一次,上一次是在公元1100年。而1月15日的爆发似乎正好符合一次“大规模爆发”的时间表。

根据全球水位监测数据显示,这场火山爆发引发的越洋海啸影响了整个太平洋沿岸地区,堪称搅动了近半个地球。还有一些人推测,此次火山喷发可能还会对全球气候产生持续影响。

据科学研究,历史上火山大爆发造成的“风云突变”对历史进程和人类命运有着深刻影响。此次火山爆发会成为“煽动翅膀的那只蝴蝶”么?对此,有科学家指出,迄今为止其释放规模相对来说还太小。

全球20座超级火山

200多年仅出现11次大规模喷发

据估算,此次洪阿哈阿帕伊岛(Hunga Tonga-Hunga Ha'apai)火山爆发释放的能量大概相当于1000颗广岛原子弹。“中国气象爱好者”发文称,种种迹象表明,这场火山爆发的强度很可能达到了“火山爆发强度指数”(VEI)5级的上端,甚至有可能达到VEI6级,或是1991年菲律宾皮纳图博以来,全球最强的一次火山爆发。 

超级火山爆发是地球上最猛烈的自然事件之一。公开资料显示,“火山爆发强度指数”(VEI)分为0到8级,VEI5级以上属于非常强烈的爆发。

据外媒报道,目前,全球已知的超级火山大约有20座,其中最著名的是美国黄石火山。历史上,黄石火山曾发生过两次VEI8爆发,大约在210万年前和64万年前。而从19世纪至今的200多年间,全球VEI5级及以上的火山爆发仅出现过11次,不包括此次的洪阿哈阿帕伊岛火山爆发。

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19世纪以来,全球VEI5级及以上的火山喷发仅出现过11次。图据“中国气象爱好者”

其中,最强的一次是1815年印尼坦博拉火山爆发,达到了VEI7级,相当于50000颗广岛原子弹的能量。此后,近一个多世纪以来全球最强的火山爆发是1991年的菲律宾皮纳图博火山爆发,达到VEI6级。1月15日洪阿哈阿帕伊岛火山爆发,是1991年后全球最强的一次火山爆发。

一项今年3月发表于《地球物理研究快报》(Geophysical Research Letters)上的最新研究,通过对84000年前危地马拉洛斯乔科约(Los Chocoyos)超级火山爆烈式喷发对地球大气层的影响研究,揭示了超级火山爆发时究竟会发生什么,尤其是对全球气候的影响。

研究人员指出,超级火山的爆发可以暂时改变热带平流层的风况,从而引发全球各地气候的改变。而一场大规模超级火山爆发对全球气候的影响,或能持续长达数十年之久。

影响①

削弱臭氧层 催生“无夏之年”

据报道,洛斯乔科约超级火山爆发是史上最近的一次VEI8级喷发,火山爆发点形成了如今的火山湖阿蒂特兰湖,并被三个锥形火山——阿蒂特兰、托利曼和圣佩德罗环绕。这些火山都是在爆发后形成的,至今依然活跃。

研究人员在危地马拉高地的多个地点以及太平洋、墨西哥湾甚至大西洋深海岩心的海洋沉积物中都发现了火山灰。根据对火山灰层化学成分的分析发现,火山爆发会向大气中释放大量的硫、氯和溴。这些物质一旦进入平流层,需要很长的时间才能沉降至地面。因此,如果数量足够,这些物质就能使地球降温,并扼杀拉尼娜现象。 

基于洛斯乔科约斯火山爆发,研究人员使用现代气候模型模拟了其对气候的影响,包括向大气中排放的大量气体和火山灰气溶胶的影响。结果表明,超级火山爆发的影响或将持续长达数十年,并使地球表面降温。

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洛斯乔科约超级火山爆发后形成的阿蒂特兰火山湖。

研究指出,一次类似洛斯乔科约斯的超级火山爆发足以直接将火山硫和卤素送入平流层,导致硫酸液滴的形成和臭氧层损耗。在平流层中上层,臭氧消耗导致冷却降温,并在爆发后的前5年加剧。在热带地区,这种冷却将持续长达10年,直到卤素和臭氧恢复正常水平。研究人员发现,臭氧层将会因为大气化学的这种变化而崩溃,全球臭氧层平均减少了80%。

该研究的第一作者、挪威气象研究所的研究员Hans Brenna说:“这种规模的臭氧减弱可能导致火山爆发后的头五年紫外线辐射增加550%,可能对人类和生物圈产生非常严重的潜在影响。”

“中国气象爱好者”发文写道,1815年印尼坦博拉火山爆发是19世纪以来的最强火山爆发。随后的1816年,欧洲、北美便出现了著名的“无夏之年”,我国史书上也有气候异常的记载。而1991年的皮纳图博火山爆发,也对全球气温造成了影响,令其比正常值偏低0.3-0.5摄氏度。

影响②

扰乱大气风向 对全球气候影响可持续数十年 

值得注意的是,这项研究还发现,火山爆发导致平流层中硫酸液滴的形成和臭氧层损耗,还会影响大气辐射和动力学,进而扰乱和中断“准两年周期振荡(QBO)”,即热带平流层风向的交替变化,并引发全球各地的气候改变。

QBO通常在冬季影响北半球的季风降水和大气环流,QBO东风位相年经常与更突然的变暖相一致,导致西风环流减弱,北欧和美国东部出现寒冬。而QBO西风位相年往往伴随着强烈的西风环流,美国东部暖冬,北欧温和、潮湿、多风暴的冬季。不仅如此,QBO已被证明会影响大西洋飓风季节的飓风频率。

而厄尔尼诺-南方涛动(ENSO),即发生于赤道东太平洋地区的风场和海面温度的震荡,也与QBO存在关系。ENSO是海洋上表现出的厄尔尼诺-拉尼娜的转换,高位象表现为偏暖的厄尔尼诺,低位象则呈现出偏冷的拉尼娜,这种自由震荡具有2-7年的准周期,是影响全球年际气候异常最显著的热带太平洋强信号。研究指出,超级火山爆发可能与之有类似的影响。 

“中国气象爱好者”也在分析中提到,作为近30年最强的火山爆发之一,洪阿哈阿帕伊岛火山爆发会带来一些气候影响。南半球中高纬度地区的气候将首当其冲,火山爆发点在ENSO监测区附近,警惕火山爆发通过海气遥相关作用,影响风海流,甚至在拉尼娜转中性趋势上加把火,催生厄尔尼诺。 

上述研究作者、奥斯陆大学的气象学教授Kirstin Krüger说:“根据我们的模型模拟,洛斯乔科约斯这样规模的火山喷发将导致QBO中断10年。QBO的变化在火山喷发后4个月开始,异常东风持续5年,然后是异常西风,之后才恢复到QBO的正常状态,但周期略长。”

“根据模拟结果,臭氧水平和气候要恢复到爆发前的水平,分别需要15年和30年。北极地区海冰面积快速增加,随后从北纬60°至北冰洋地区的海洋热量传送减少,这将使地球表面降温的长期效应得以维持。这种效应持续长达20年。”奥斯陆大学的气象学教授Kirstin Krüger说。

影响③

改变人类历史的“蝴蝶效应

全球气候“风云突变”,对人类的影响不言而喻。科学家们指出,如果回看历史,就会发现这些气候变化与全球人类的命运始终相互交织。

2015年,一篇发表于《自然》杂志上的研究指出,过去2500年火山爆发的时间及导致的气候变化,与历史上有充分记录的政治、社会和军事动荡的时间恰好吻合。他们指出,火山爆发是六世纪欧亚大陆及中美洲主要流行病、饥荒和社会经济动荡的催化剂。

1815年4月至7月,印尼坦博拉火山持续喷发,成为世界有文字记载以来规模最大的一次火山爆发。大量的火山灰进入大气,遮住了太阳光的能量,全球性的低温迅速席卷了欧洲、美洲和亚洲。

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太空中可以看到的坍塌的印尼坦博拉火山。

1815年6月7日,一场暴雨让拿破仑在滑铁卢惨败。那时,没有人知道,这场改变欧洲命运的大雨,源自千里之外的印尼。 

不仅仅是欧洲大陆的历史,在这次火山爆发导致的长达15年的全球气候波动期里,干旱、暴风雨、六月飞雪,北半球出现的一系列极端天气事件,彻底改写了世界近代史。

据历史资料记载,印尼坦博拉火山爆发导致全球平均温度在此后一两年下降大约0.4至0.7摄氏度。而1816年,则是成为自1400年以后,北半球最寒冷的一年。

暴雨冲毁了农田,夏季飞雪让农作物绝收,从欧洲到美国,人们的生活饥寒交迫。位于新英格兰的阿尔弗雷德村的村史这样记载,1816年“无夏之年”,又被称为“饥饿之年”。不仅如此,阴雨连绵的夏季,让霍乱从班加罗尔一路传播到了莫斯科,爱尔兰爆发了伤寒,数十万人死亡。 

饥寒交迫之下,美国大规模人口西迁,改变了其农业结构,西部成为主要产粮区。在欧洲,爱尔兰人与德国人大规模向美洲迁徙,掀起了第一次移民高潮。众多移民涌入和西部大开发,加快了美国发展进程。

粮食危机之下,欧洲国家加快了向外扩张的步伐。这一年,英属印度东北地区的种植业被寒冬破坏后,农民们不得不尝试种植罂粟,也是这一年,经济受重挫的英国国王乔治三世寻求扩张转嫁危机,派遣使团访华,意图打开中国市场,被拒绝后转而走私罂粟,最终在多年后引爆了鸦片战争。

而在更久远的公元前43年,阿拉斯加奥克莫克火山爆发,让整个北半球陷入了长达10年的低温之中,促使远在几千公里之外的埃及托勒密王朝覆灭,加速了罗马共和国向罗马帝国的过渡,成为君主专制国家。 

2020年,全球20名自然科学家、历史学家、考古学家在共同撰写的论文中指出,这场超级火山爆发带来了潮湿和寒冷的气候,导致作物歉收、饥荒和疾病,加剧了社会动荡,并在这个西方文明的关键时刻,促成了远在几千公里之外的地中海地区的政治格局重组。

汤加火山爆发

会成为“煽动翅膀的那只蝴蝶”吗?

那么,此次洪阿哈阿帕伊岛火山爆发是否会成为“煽动翅膀的那只蝴蝶”呢? 

外媒报道称,尽管有人推测此次火山爆发释放的物质可能会产生类似的效果,但一些专家指出,本次爆发迄今为止的释放规模相对来说还太小。密歇根理工大学教授西蒙·卡恩在推特上写道,到目前为止,二氧化硫释放量还不算极端,“它需要达到5到10倍的密度才能开始产生可测量的气候影响。”

美国罗格斯大学环境科学系教授艾伦·罗伯克也指出,冷却地球所需的二氧化硫量十分巨大,“火山喷发将至少1000(千吨)或更多的二氧化硫注入平流层,才会对气候产生影响”。而卫星测量显示,最近一次喷出的二氧化硫为40万吨,仅有1991年皮纳图博火山爆发影响的1/50,即平均降温0.01摄氏度。

“中国气象爱好者”也解释道,目前南半球正值盛夏,低纬平流层吹强东风。由于南北半球高空风环流相对独立,短期内,进入平流层的火山灰主要往西移动覆盖南半球,对北半球影响有限。平流层火山灰对地面气候产生影响通常需要数月时间。若后续无大规模爆发,以目前的量级而言,对全球气温变化难以形成直接干预。

不过,专家们一致指出,目前需要监测的是,是否会出现持续的火山爆发,“因为我们无法知道这次爆发什么时候会结束。” “中国气象爱好者”今天上午消息称,目前斐济的地震波形监测确实在明显增强,已经接近1月15日大爆发前的水平,确实需要警惕汤加火山再次爆发。

红星新闻记者 徐缓