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火山|汤加火山为何“性烈如火”？

采访人员张建松
剧烈喷发产生的灰白色气体和火山灰 ， 形成一朵超级巨大的蘑菇云 ， 犹如一朵“死亡之花”在太空中慢慢盛开；清晰可见的环状冲击波向四周扩散 ， 激烈波动的海水引发跨洋海啸——多国卫星拍摄到的汤加火山喷发场景 ， 令人震撼而揪心 。
汤加火山喷发给当地人民带来了巨大灾难 ， 目前搜救工作举世关心 。 这次火山喷发为何如此猛烈？
汤加火山位于环太平洋“火环”
环太平洋“火环”（Pacific Ring of Fire）又称环太平洋火山地震带 ， 是一个围绕太平洋频繁发生地震和火山爆发的地区 ， 全长约4万公里 ， 呈马蹄形 。 全球90%的地震、81%的大地震以及75%的火山喷发都发生在环太平洋“火环” 。
据中国科学院南海海洋研究所张锦昌、邱强、杨晓东、周志远等科研人员介绍 ， 汤加火山位于环太平洋“火环”的西南端 。 由于活跃的板块运动 ， 导致该区的地质结构复杂 ， 火山和地震灾害频发 。 但同样位于环太平洋“火环”上 ， 为什么夏威夷火山平静温和 ， 而汤加火山性烈如火？
张锦昌解释说 ， 这是因为两种火山属于不同类型的海底火山 。 海底火山大致可以分成洋脊火山、海沟火山、洋盆火山三种类型 。
洋脊火山形成于大洋中脊 ， 是大洋板块扩张的边界 ， 也是海洋地壳增生的地方 。 这类型火山沿着大洋中脊走向喷发 ， 构成一条条绵长的山脉 。
海沟火山形成于海沟 ， 是板块汇聚的边界 ， 也是海洋地壳俯冲消亡的地方 。 这类型火山沿着海沟分布 ， 呈现出弧状的火山岛弧 ， 例如印尼的喀拉喀托火山 。
洋盆火山形成于大洋盆地内 ， 属于大洋板块内部的火山 ， 是地幔热点喷发岩浆的地方 ， 主要包括海底火山链、平顶海山、洋底高原等 ， 例如美国夏威夷的冒纳罗亚火山 。
“夏威夷火山和汤加火山都是活火山 ， 时不时就喷发一次 ， 但两座火山的类型不同 。 夏威夷是洋盆火山 ， 汤加是海沟火山 。 由于不同的地质成因 ， 夏威夷火山动力学上较弱 ， 物质能量相对小 ， 所以温和一些 。 ”张锦昌说 。
对全球影响尚待观察和研究
汤加火山喷发时产生的巨型“蘑菇云”令人触目惊心 。
据张锦昌介绍 ， 这是因为海底火山喷发会产生大量的气体 ， 主要是来自地球深部的水蒸气、二氧化碳、二氧化硫及一些挥发性物质 ， 还有大量火山碎屑物质及炽热的熔岩喷出 ， 在空中冷凝为火山灰、火山弹以及火山碎屑 。
海底火山喷发对水圈、生物圈、大气圈等多圈层的环境 ， 无疑都会造成巨大影响 。 据悉 ， 印尼苏门答腊岛的多巴火山 ， 在最近一次喷发中 ， 硫化物与空气中的水分子结合后形成酸雨 ， 导致植被遭到大量破坏 。 高温、含有毒物质的火山灰大面积降落在周边地区 ， 造成了大规模人和动物伤亡 。
另外 ， 火山灰进入并停留在大气圈中的平流层 ， 火山灰中的物质会反射阳光 ， 导致进入地表的阳光减少 ， 造成大范围的降温 。 同时 ， 火山喷发的颗粒物落入广阔的海洋 ， 为海洋藻类提供了肥料 ， 促进了海藻的生长 ， 增强了它们对二氧化碳这个温室气体的吸收 ， 也可以给地球降温 。
“然而 ， 火山喷发将原本埋藏在地球深部的二氧化碳释放出来 ， 是给地球升温的 。 但火山喷发在时间和空间上究竟给全球带来什么样的气候变化 ， 还有待持续的科学观测和进一步的研究 。 ”张锦昌说 。
据美国地质调查局估计 ， 此次火山喷发的能量 ， 相当于5.8级地震 ， 然而却产生了超乎想象的越洋海啸 。 目前海啸产生的具体机制不清晰 ， 很可能是由于火山喷发导致火山山体大面积垮塌 ， 再加上激波的双重效应 ， 产生了越洋海啸 。
“俯冲带加工厂”
环太平洋为什么会有一个“火环”？因为这片区域位于太平洋板块与欧亚板块、澳大利亚板块和美洲板块汇聚的区域 ， 是地球上的“俯冲带加工厂” 。
俯冲带 ， 是指大洋板块俯冲于大陆板块之下的构造带 ， 这里是地球表面物质和深部物质汇合、能量交换的地方 。
据同济大学海洋与地球科学学院汪品先院士在《地球系统与演变》书中介绍 ， 当大洋板块俯冲的时候 ， 就会将沉积岩、玄武岩和海水一起带进地幔深处 。 随着俯冲深度的增加 ， 俯冲板片不断发生变质、脱水 。 最终 ， 当俯冲板片到了80公里的深处 ， 角闪石发生分解 ， 释放出水分和其他挥发性物质 ， 降低了地幔固相线 ， 使得地幔熔融、岩浆上涌 ， 通过火山喷发和岩浆活动 ， 沿着俯冲带形成火山弧 。
具体来说有两种情况：如果大洋板块俯冲到大陆板块之下 ， 形成的是大陆弧 ， 比如北美西岸的卡斯凯迪亚山脉、南美西岸的安第斯山脉；如果俯冲带发生在大洋内部 ， 大洋板块向大洋板块俯冲 ， 形成的是大洋弧 ， 比如西太平洋绵延2800公里的伊豆-小笠原-马里亚纳岛弧 。
在这里 ， 太平洋板块残存的古老洋壳 ， 因为温度低、水深大 ， 俯冲到年轻的菲律宾板块之下 ， 形成了地球上最深的海沟——水深近11000米的马里亚纳海沟 。 当太平洋板块向西俯冲到澳大利亚板块之下 ， 就形成了地球上第二深渊——水深近10800米的汤加海沟 。
如果把俯冲带比喻为一个工厂 ， 原料就是洋壳和大洋沉积 ， 产品就是岩浆和陆壳 ， 生产过程产生的废品 ， 就是经过脱水和熔融过程后俯冲到地幔深处的板片 。 科学家通过深入分析火山喷发产生的物质的地球化学指标 ， 可以进一步了解“俯冲带加工厂”深部的生产过程 。
真切认识环太平洋“火环”
与汤加一样 ， 位于环太平洋“火环”上的太平洋岛国巴布亚新几内亚 ， 境内也多火山 。 距离新不列颠海沟最近的城市拉包尔 ， 附近就有多座活火山 。
1994年 ， 当地一座名为Tavurvur的活火山在沉寂了半个多世纪后喷发 ， 大量的火山灰和炙热的气体 ， 瞬间毁掉了拉包尔整座城市80%的建筑 。 20年后 ， 这座生命力旺盛的活火山再次喷发 ， 大量的石头和火山灰被喷到距离海平面18公里的高空 ， 曾迫使多个航班绕道 。
2015年7月 ， 采访人员曾跟随上海“彩虹鱼”项目科考团队前往拉包尔 ， 乘坐“兰金”号停泊在Tavurvur火山脚下的海面上 。 远远看去 ， 这座火山非常醒目 。 因为周围的山峰都是葱翠的 ， 只有它是黑黢黢的 ， 火山口不停地冒着白烟 。 晨昏之际 ， 火山口还点缀了朵朵白云 。
拉包尔设立了专门的火山监测站 。 当地监测员详细介绍了火山成因和监测设备 。 为进一步了解火山 ， “兰金”号船长还带领考察队员爬到火山口实地察看 。
从“兰金”号乘坐小艇来到火山脚下 ， 黝黑细腻的火山泥铺满了海滩 ， 有的地方还冒着热气 ， 脚底仿佛踩在了“地热垫”上 ， 烫得不能在一个地方久站 ， 但海水却是温暖而清澈 。
火山喷出的多种物质冷却后 ， 乱七八糟地堆在了火山上 。 从山脚向上攀登 ， 仿佛在攀登一个巨大的乱石堆 ， 没有任何山路可走 。 刚刚喷发不久的火山 ， 散发着浓烈的硫磺味 。 有的山体缝隙里还冒着热气 ， 石头摸上去还在发烫；有的岩浆喷出来后还没有形成石头 ， 只在外面包裹了一层硬壳 ， 里面是软软的一大坨物质；有的物质形成的石头比铁还坚硬 ， 棱角比刀子还锋利 。 海拔700多米的火山 ， 我们迂回曲折地艰难攀登了两个多小时 ， 终于登上了火山口 。
黑色的火山口好像一口凹下去的圆形大锅 。 站在大锅的边缘往下看 ， 锅里深不见底、热气腾腾 。 巨大的石头裂缝里都冒着白色的热气 ， 时大时小 ， 硫磺味扑鼻而来 ， 裂缝周围的石头颜色明显不同 。 亲眼目睹火山口 ， 让考察队员对太平洋“火环”有了更真切的认识 。
然而 ， 地球自身的修复能力也令人惊叹 。 2016年8月 ， 当采访人员乘坐“张謇”号科考船再次来到拉包尔 ， 这座火山已经停止了冒烟 ， 黝黑的身躯已变得柔和安静 ， 在周围山脉之间已不再显得那么突兀 。
【火山|汤加火山为何“性烈如火”？】目前 ， “性烈如火”的汤加火山喷发 ， 表明该地火山口已经苏醒 ， 喷发活跃期可能持续数周甚至数年 ， 尚不清楚是否达峰值 ， 更不知何时才能安静下来 。 如果再度喷发 ， 汤加有可能遭到海啸、暴雨、洪水和强风等“灾害链”的破坏性侵袭 。 专家呼吁国际社会加强对汤加受灾人民的援助 ， 同时加强监测 ， 做好迎战更多“灾害链”的准备 。

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