湯加火山為何“性烈如火”？
劇烈噴發(fā)產(chǎn)生的灰白色氣體和火山灰，形成一朵超級(jí)巨大的蘑菇云，猶如一朵“死亡之花”在太空中慢慢盛開；清晰可見的環(huán)狀沖擊波向四周擴(kuò)散，激烈波動(dòng)的海水引發(fā)跨洋海嘯——多國(guó)衛(wèi)星拍攝到的湯加火山噴發(fā)場(chǎng)景，令人震撼而揪心。
湯加火山噴發(fā)給當(dāng)?shù)厝嗣駧?lái)了巨大災(zāi)難，目前搜救工作舉世關(guān)心。這次火山噴發(fā)為何如此猛烈？
湯加火山位于環(huán)太平洋“火環(huán)”
環(huán)太平洋“火環(huán)”(Pacific Ring of Fire)又稱環(huán)太平洋火山地震帶，是一個(gè)圍繞太平洋頻繁發(fā)生地震和火山爆發(fā)的地區(qū)，全長(zhǎng)約4萬(wàn)公里，呈馬蹄形。全球90%的地震、81%的大地震以及75%的火山噴發(fā)都發(fā)生在環(huán)太平洋“火環(huán)”。
據(jù)中國(guó)科學(xué)院南海海洋研究所張錦昌、邱強(qiáng)、楊曉東、周志遠(yuǎn)等科研人員介紹，湯加火山位于環(huán)太平洋“火環(huán)”的西南端。由于活躍的板塊運(yùn)動(dòng)，導(dǎo)致該區(qū)的地質(zhì)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，火山和地震災(zāi)害頻發(fā)。但同樣位于環(huán)太平洋“火環(huán)”上，為什么夏威夷火山平靜溫和，而湯加火山性烈如火？
張錦昌解釋說(shuō)，這是因?yàn)閮煞N火山屬于不同類型的海底火山。海底火山大致可以分成洋脊火山、海溝火山、洋盆火山三種類型。
洋脊火山形成于大洋中脊，是大洋板塊擴(kuò)張的邊界，也是海洋地殼增生的地方。這類型火山沿著大洋中脊走向噴發(fā)，構(gòu)成一條條綿長(zhǎng)的山脈。
海溝火山形成于海溝，是板塊匯聚的邊界，也是海洋地殼俯沖消亡的地方。這類型火山沿著海溝分布，呈現(xiàn)出弧狀的火山島弧，例如印尼的喀拉喀托火山。
洋盆火山形成于大洋盆地內(nèi)，屬于大洋板塊內(nèi)部的火山，是地幔熱點(diǎn)噴發(fā)巖漿的地方，主要包括海底火山鏈、平頂海山、洋底高原等，例如美國(guó)夏威夷的冒納羅亞火山。
“夏威夷火山和湯加火山都是活火山，時(shí)不時(shí)就噴發(fā)一次，但兩座火山的類型不同。夏威夷是洋盆火山，湯加是海溝火山。由于不同的地質(zhì)成因，夏威夷火山動(dòng)力學(xué)上較弱，物質(zhì)能量相對(duì)小，所以溫和一些。”張錦昌說(shuō)。
對(duì)全球影響尚待觀察和研究
湯加火山噴發(fā)時(shí)產(chǎn)生的巨型“蘑菇云”令人觸目驚心。
據(jù)張錦昌介紹，這是因?yàn)楹５谆鹕絿姲l(fā)會(huì)產(chǎn)生大量的氣體，主要是來(lái)自地球深部的水蒸氣、二氧化碳、二氧化硫及一些揮發(fā)性物質(zhì)，還有大量火山碎屑物質(zhì)及熾熱的熔巖噴出，在空中冷凝為火山灰、火山彈以及火山碎屑。
海底火山噴發(fā)對(duì)水圈、生物圈、大氣圈等多圈層的環(huán)境，無(wú)疑都會(huì)造成巨大影響。據(jù)悉，印尼蘇門答臘島的多巴火山，在最近一次噴發(fā)中，硫化物與空氣中的水分子結(jié)合后形成酸雨，導(dǎo)致植被遭到大量破壞。高溫、含有毒物質(zhì)的火山灰大面積降落在周邊地區(qū)，造成了大規(guī)模人和動(dòng)物傷亡。
另外，火山灰進(jìn)入并停留在大氣圈中的平流層，火山灰中的物質(zhì)會(huì)反射陽(yáng)光，導(dǎo)致進(jìn)入地表的陽(yáng)光減少，造成大范圍的降溫。同時(shí)，火山噴發(fā)的顆粒物落入廣闊的海洋，為海洋藻類提供了肥料，促進(jìn)了海藻的生長(zhǎng)，增強(qiáng)了它們對(duì)二氧化碳這個(gè)溫室氣體的吸收，也可以給地球降溫。
“然而，火山噴發(fā)將原本埋藏在地球深部的二氧化碳釋放出來(lái)，是給地球升溫的。但火山噴發(fā)在時(shí)間和空間上究竟給全球帶來(lái)什么樣的氣候變化，還有待持續(xù)的科學(xué)觀測(cè)和進(jìn)一步的研究。”張錦昌說(shuō)。
據(jù)美國(guó)地質(zhì)調(diào)查局估計(jì)，此次火山噴發(fā)的能量，相當(dāng)于5.8級(jí)地震，然而卻產(chǎn)生了超乎想象的越洋海嘯。目前海嘯產(chǎn)生的具體機(jī)制不清晰，很可能是由于火山噴發(fā)導(dǎo)致火山山體大面積垮塌，再加上激波的雙重效應(yīng)，產(chǎn)生了越洋海嘯。
“俯沖帶加工廠”
環(huán)太平洋為什么會(huì)有一個(gè)“火環(huán)”？因?yàn)檫@片區(qū)域位于太平洋板塊與歐亞板塊、澳大利亞板塊和美洲板塊匯聚的區(qū)域，是地球上的“俯沖帶加工廠”。
俯沖帶，是指大洋板塊俯沖于大陸板塊之下的構(gòu)造帶，這里是地球表面物質(zhì)和深部物質(zhì)匯合、能量交換的地方。
據(jù)同濟(jì)大學(xué)海洋與地球科學(xué)學(xué)院汪品先院士在《地球系統(tǒng)與演變》書中介紹，當(dāng)大洋板塊俯沖的時(shí)候，就會(huì)將沉積巖、玄武巖和海水一起帶進(jìn)地幔深處。隨著俯沖深度的增加，俯沖板片不斷發(fā)生變質(zhì)、脫水。最終，當(dāng)俯沖板片到了80公里的深處，角閃石發(fā)生分解，釋放出水分和其他揮發(fā)性物質(zhì)，降低了地幔固相線，使得地幔熔融、巖漿上涌，通過(guò)火山噴發(fā)和巖漿活動(dòng)，沿著俯沖帶形成火山弧。
具體來(lái)說(shuō)有兩種情況：如果大洋板塊俯沖到大陸板塊之下，形成的是大陸弧，比如北美西岸的卡斯凱迪亞山脈、南美西岸的安第斯山脈；如果俯沖帶發(fā)生在大洋內(nèi)部，大洋板塊向大洋板塊俯沖，形成的是大洋弧，比如西太平洋綿延2800公里的伊豆-小笠原-馬里亞納島弧。
在這里，太平洋板塊殘存的古老洋殼，因?yàn)闇囟鹊�、水深大，俯沖到年輕的菲律賓板塊之下，形成了地球上最深的海溝——水深近11000米的馬里亞納海溝。當(dāng)太平洋板塊向西俯沖到澳大利亞板塊之下，就形成了地球上第二深淵——水深近10800米的湯加海溝。
如果把俯沖帶比喻為一個(gè)工廠，原料就是洋殼和大洋沉積，產(chǎn)品就是巖漿和陸殼，生產(chǎn)過(guò)程產(chǎn)生的廢品，就是經(jīng)過(guò)脫水和熔融過(guò)程后俯沖到地幔深處的板片�？茖W(xué)家通過(guò)深入分析火山噴發(fā)產(chǎn)生的物質(zhì)的地球化學(xué)指標(biāo)，可以進(jìn)一步了解“俯沖帶加工廠”深部的生產(chǎn)過(guò)程。
真切認(rèn)識(shí)環(huán)太平洋“火環(huán)”
與湯加一樣，位于環(huán)太平洋“火環(huán)”上的太平洋島國(guó)巴布亞新幾內(nèi)亞，境內(nèi)也多火山。距離新不列顛海溝最近的城市拉包爾，附近就有多座活火山。
1994年，當(dāng)?shù)匾蛔麨門avurvur的活火山在沉寂了半個(gè)多世紀(jì)后噴發(fā)，大量的火山灰和炙熱的氣體，瞬間毀掉了拉包爾整座城市80%的建筑。20年后，這座生命力旺盛的活火山再次噴發(fā)，大量的石頭和火山灰被噴到距離海平面18公里的高空，曾迫使多個(gè)航班繞道。
2015年7月，記者曾跟隨上海“彩虹魚”項(xiàng)目科考團(tuán)隊(duì)前往拉包爾，乘坐“蘭金”號(hào)停泊在Tavurvur火山腳下的海面上。遠(yuǎn)遠(yuǎn)看去，這座火山非常醒目。因?yàn)橹車纳椒宥际鞘[翠的，只有它是黑黢黢的，火山口不停地冒著白煙。晨昏之際，火山口還點(diǎn)綴了朵朵白云。
拉包爾設(shè)立了專門的火山監(jiān)測(cè)站。當(dāng)?shù)乇O(jiān)測(cè)員詳細(xì)介紹了火山成因和監(jiān)測(cè)設(shè)備。為進(jìn)一步了解火山，“蘭金”號(hào)船長(zhǎng)還帶領(lǐng)考察隊(duì)員爬到火山口實(shí)地察看。
從“蘭金”號(hào)乘坐小艇來(lái)到火山腳下，黝黑細(xì)膩的火山泥鋪滿了海灘，有的地方還冒著熱氣，腳底仿佛踩在了“地?zé)釅|”上，燙得不能在一個(gè)地方久站，但海水卻是溫暖而清澈。
火山噴出的多種物質(zhì)冷卻后，亂七八糟地堆在了火山上。從山腳向上攀登，仿佛在攀登一個(gè)巨大的亂石堆，沒(méi)有任何山路可走。剛剛噴發(fā)不久的火山，散發(fā)著濃烈的硫磺味。有的山體縫隙里還冒著熱氣，石頭摸上去還在發(fā)燙；有的巖漿噴出來(lái)后還沒(méi)有形成石頭，只在外面包裹了一層硬殼，里面是軟軟的一大坨物質(zhì)；有的物質(zhì)形成的石頭比鐵還堅(jiān)硬，棱角比刀子還鋒利。海拔700多米的火山，我們迂回曲折地艱難攀登了兩個(gè)多小時(shí)，終于登上了火山口。
黑色的火山口好像一口凹下去的圓形大鍋。站在大鍋的邊緣往下看，鍋里深不見底、熱氣騰騰。巨大的石頭裂縫里都冒著白色的熱氣，時(shí)大時(shí)小，硫磺味撲鼻而來(lái)，裂縫周圍的石頭顏色明顯不同。親眼目睹火山口，讓考察隊(duì)員對(duì)太平洋“火環(huán)”有了更真切的認(rèn)識(shí)。
然而，地球自身的修復(fù)能力也令人驚嘆。2016年8月，當(dāng)記者乘坐“張謇”號(hào)科考船再次來(lái)到拉包爾，這座火山已經(jīng)停止了冒煙，黝黑的身軀已變得柔和安靜，在周圍山脈之間已不再顯得那么突兀。
目前，“性烈如火”的湯加火山噴發(fā)，表明該地火山口已經(jīng)蘇醒，噴發(fā)活躍期可能持續(xù)數(shù)周甚至數(shù)年，尚不清楚是否達(dá)峰值，更不知何時(shí)才能安靜下來(lái)。如果再度噴發(fā)，湯加有可能遭到海嘯、暴雨、洪水和強(qiáng)風(fēng)等“災(zāi)害鏈”的破壞性侵襲。專家呼吁國(guó)際社會(huì)加強(qiáng)對(duì)湯加受災(zāi)人民的援助，同時(shí)加強(qiáng)監(jiān)測(cè)，做好迎戰(zhàn)更多“災(zāi)害鏈”的準(zhǔn)備。(記者 張建松)
