中原標準時間2022年1月15日中午12點10分前後，南太平洋島國東加（Tonga）的洪阿·哈阿帕伊島（Hunga Tonga-Ha’apai，位于南緯20.536°，西經175.382°）附近發生了一次猛烈的火山噴發，初步判斷噴發強度達到火山噴發指數5級以上，形成了直徑約450千米的火山灰柱，火山灰蘑菇雲以兩倍音速擴充，影響了半個地球。
圖1東加洪阿·哈阿帕伊火山噴發形成了巨大的火山灰雲（圖檔來自Doman et al 2022）。
此次東加火山噴發規模多大？
東加洪阿·哈阿帕伊島火山噴發将約5立方千米的火山灰噴到大氣中，大量火山灰噴射到超過30千米的高空，形成了一個直徑約450千米的火山灰柱，進入平流層。在火山灰向西漂移的過程中，少量火山灰甚至到達39千米高空。東加火山噴發沖擊力很大，噴發的巨大響聲在2000千米外的紐西蘭都可以聽到。
美國NASA學者認為此次東加火山噴發釋放的能量超過1000萬噸TNT。與此類似，澳洲國立大學著名學者Richard Arculus認為東加火山噴發釋放的能量超過1000顆廣島原子彈。奧地利學者認為，此次火山噴發釋放的能量達到5000萬噸TNT以上。
不過，核彈與火山顯然有很大的差别。核彈爆炸的能量密度遠高于火山灰和煙塵。而火山灰和氣體可以形成更大的蘑菇雲。兩者的比較需要謹慎。
圖2 東加火山噴發形成的火山灰蘑菇雲。（圖檔來自Doman et al 2022）
為什麼東加會發生如此大的火山噴發？
東加位于西太平洋的東加—克馬德克俯沖帶上，是環太平洋俯沖帶的重要組成部分。
沿東加—克馬德克俯沖帶是大約5200萬年前，太平洋轉向形成的。在大約700萬年前，該俯沖帶出現重大轉折，闆片後撤，形成東加弧後盆地。
圖3 西太平洋新生代俯沖起始于約5200萬年前(52 Ma)。略晚于青藏高原的碰撞時代（Sun and Zhang, 2020 Science Bulletin）。
東加俯沖帶對應的太平洋洋殼比較年輕，水深也較伊豆-小笠原-馬裡亞納外的太平洋淺很多。很多地方在碳酸鹽補償深度以上，特别是Louisville海山鍊，水深更淺，有大量的碳酸鹽俯沖。碳酸鹽可以降低地幔橄榄岩固相線，形成更多的岩漿，同時二氧化碳可以造成火山的劇烈噴發，有利于形成大的火山噴發。
圖4 東加洪阿·哈阿帕伊火山位于西太平洋東加-克馬德克俯沖帶上。（上圖來自Kutterolf 2012, 下圖來自Doman et al 2022）
圖5 東加俯沖島弧火山岩二氧化碳含量遠高于日本島弧。（Plank and Manning, 2019）
東加火山噴發的發展趨勢如何？
圖6 東加洪阿·哈阿帕伊火山噴發前後的衛星圖像（圖檔來自Doman et al 2022）。
此次東加火山噴發屬于海底火山噴發，其噴發中心位于洪阿·哈阿帕伊島（Hunga Ha’apai）和洪阿·東加島（Hunga Tonga）附近。此次噴發将上述兩個小島完全破壞。
該處的火山是目前全球最活躍的活火山之一。據紐西蘭火山學家Cronin等人的研究，該火山每一千年就有一次強烈的噴發。上一次劇烈噴發發生在公元1100年，距今920年。每一次劇烈噴發都會先後産生多次不同等級的噴發。
此次噴發前，該火山分别于2009年、2014年、2015年、2019年和2021年，發生多次噴發。現在不确定是否1月15日的噴發就是該火山這個噴發峰期的最大噴發。不過可以肯定的是，該火山進入活躍期，未來潛在的危害值得關注。
曆史上的破壞性火山噴發
此次東加火山噴發等級接近1991年菲律賓皮納圖博火山，但是噴發的二氧化硫隻有40萬噸。據海洋科學與技術試點國家實驗室模拟計算，此次火山噴發對環境的影響甚微。
曆史上，火山噴發曾經給人類社會帶來嚴重的災難。
坦博拉火山是人類有記錄以來最大的火山噴發，噴發量達到100立方千米，屬于7級火山噴發。
喀拉喀托火山噴發等級達到強6級，排放量達到20立方千米，引發海嘯，導緻3萬多人死亡。
1991年皮納圖博火山噴發屬于6級火山噴發，噴發量6立方千米，釋放的二氧化硫約為2000萬噸，曾導緻全球降溫約0.5度。皮納圖博火山噴發前，因為預報，轉移了4萬多人，但也造成1202人死亡。
維蘇威火山噴發，形成了龐貝古城。該火山噴發造成重大傷亡的關鍵是當時人們認為該火山是死火山，在山麓建城。
參考文獻：
1. Alternative NOAA, Comparison of how mushroom clouds of Tonga volcano compares to nuclear detonations. https://www.noaa.gov/
2. Newhall, C.G., Self, S., 1982. The Volcanic Explosivity Index (VEI): an estimate of explosive magnitude for historical volcanism. J. Geophys. Res. 87 (C2), 1231–1238.
3. Himawari-8 Real-time Web, 15 Jan 2020, Large volcanic Hunga Tonga-Hunga Ha'apai. https://ingvvulcani.com/2022/01/17/grande-eruzione-vulcano-hunga-tonga-hunga-haapai/.
4. Cloud-Aerosol Lidar and Infrared Pathfinder Satellite Observations, Hunga Tonga -Hunga Haapai Erupts, https://earthobservatory.nasa.gov/images/149347/hunga-tonga-hunga-haapai-erupts
5. Sentinel 5 satellite observation, The big plume of SO2 emissions from Hunga Tonga -Hunga Haapai eruption reached Australia, ADAM Platform, https://adamplatform.eu/#info
6. r/Europe, Size of the explosion of the volcano in Tonga compared to France, https://www.reddit.com/r/europe/comments/s5mbcz/size_of_the_explosion_of_the_volcano_in_tonga/?utm_source=ifttt
作者：孫衛東、田凡凡、謝國治、王鲲、孫曉樂
來源：中國科學院海洋研究所