汤加火山爆发后：进入平流层的二氧化硫量对全球气候无明显影响

　　2022年开年，位于南太平洋岛国汤加的洪阿哈阿帕伊岛海底火山剧烈喷发，成为21世纪目前为止规模最大的火山喷发。大量二氧化硫(SO2)、硫化氢随着火山喷发进入大气，有网友担忧，这次喷发是否会像1815年坦博拉火山引起“无夏之年”？
就此次火山爆发可能带来的气候影响，澎湃新闻（www.thepaper.cn）记者采访了研究方向为全球气候变化与低碳经济、浙江大学环境与资源学院副教授高超超。她表示，“基于目前观测到的汤加火山本月喷发进入平流层的SO2气体量（约为40万吨），不会对全球气候产生明显的影响。”据海外研究，截至1月17日，汤加火山喷发产生约40万吨二氧化硫进入平流层。
高超超主要研究气溶胶的全球和区域气候效应、能源使用和城市化过程的低碳路径、平流层气候工程机理与影响。她在J. Geophys. Res.等国际学术期刊发表SCI论文近20篇，其中一篇被自然杂志评为科研亮点（Research Highlight in Nature, 2006）；另一篇被美国地球物理学会选为科研亮点（Research Spotlight in AGU, , 2014）。
高超超认为，汤加火山对未来潜在的气候影响首先取决于是否有后续喷发，其次是硫酸盐气溶胶的传播范围，以及它产生的辐射强迫与当前气候系统的其他过程(如厄尔尼诺-南方涛动)的潜在互动。
据联合国政府间气候变化专门委员会（IPCC），辐射强迫是对某个因子改变地球–大气系统射入和逸出能量平衡影响程度的一种度量，它同时是一种指数，反映了该因子在潜在气候变化机制中的重要性。正强迫使地球表面变暖，负强迫则使其降冷。

编译前图片来自USGS
　　当地时间1月14日和15日，位于汤加的海底火山喷发。1月17日，这座火山再次被监测到大喷发，连续多日的喷发甚至引发了数千公里以外的海啸。汤加政府18日首次发布灾情通报，称海底火山喷发引发高达15米的海啸，对该国造成“前所未有的灾难”。
“火山活动是构造地球气候系统的重要自然因素之一，在不同时期对区域或全球气候产生过不同程度的影响。”高超超向澎湃新闻记者介绍，“火山喷发的气候效应主要取决于喷发过程中进入平流层的SO2和H2S气体量，这些气体会形成气溶胶，通过反射太阳辐射，导致地表降温。喷发季节和地理位置会对通过反射的太阳辐射，再加上气候系统的相关动力和反馈过程，影响火山喷发的气候效应。”
针对火山喷发的衡量标准，高超超提到三个标准：火山灰尘幕指数(DVI)、火山爆发指数(VEI)、大气光学厚度(AOD)序列。她曾在一篇论文中写道：“Lamb最早利用历史记录、辐射观测、温度和喷发体积等资料建立了火山灰尘幕指数(DVI)。Newhall等和Self等依据火山喷发的强度、扩散程度和破坏性等11个特征参数建立了火山爆发指数(VEI)。Sato等分别利用1850-1882年，1882-1979年，1979-1990年期间的火山灰尘幕体积、光学特性及卫星观测等不同代用资料重建了过去150年火山活动的大气光学厚度(AOD)序列。”
同时，论文中也指出由于DVI和Sato序列采用了不同代用资料，缺乏时间序列上的一致性。而VEI主要表征火山爆发强度等地质特征，与气候效应（如喷发物中的硫含量等）的直接关联性较低。
“VEI是目前大家新闻中看到比较多被使用的，一般VEI4级或以上的会引起气候观测和研究上的关注。”高超超解释道，“汤加火山2022年1月份的喷发级别大概在VEI5中下。”
汤加火山作为一座海底火山，与地面火山的爆发和影响会有什么不同呢？
高超超表示，海底火山通常会引发海啸，所以对周边海域或岛屿（如存在）产生瞬时影响，而地面火山，特别是山地火山，相对比较容易把火山灰和SO2等气体喷入较高海拔的大气层中。同样体量和物质组成下，后者的气候效应可能会显著一些。
汤加大片土地被火山灰覆盖。图片来自CNN，摄于2022年1月17日
　　高超超介绍，目前世界上活火山区域主要分布在三个带上。
其一，环太平洋火山带，有活火山300余座，占全球活火山数的60％以上。其中，南美、中美洲西岸及西印度群岛约有10座；阿拉斯加及阿留申一带有39座，太平洋西部及西南部岛约有200座。
其二，地中海一印度尼西亚火山带，共有活火山70余座。其中，地中海沿线有13座，印度尼西亚有60余座。
其三，洋脊火山带，主要分布于大西洋、太平洋及印度洋的洋脊部位。其中，大西洋有22座，冰岛及扬马延岛上有22座。
对此，澎湃新闻记者注意到，历史上有几次著名的火山爆发对全球气候造成了明显乃至持续的影响。例如，《生活科学》(Live Science)、《澳大利亚地理》等著名科学杂志都曾梳理过人类历史上较为严重的火山爆发。
其中，1815年印尼坦博拉(Tambora)火山爆发是500年来最猛烈的一次，火山爆发指数(VEI)达到人类历史上罕见的7级。由于二氧化硫的大量排放，全球经历了持续严重的气温下降，导致全球作物歉收，斑疹伤寒在欧洲蔓延。1816年，因此被人们称为历史上的“无夏之年”。
1815年坦博拉火山爆发形成的火山口。图片来自美联社
　　史上公元前1610年，位于爱琴海群岛的锡拉(Thera)火山爆发，VEI为7级。地质学家认为，爱琴海群岛的锡拉火山在几分之一秒内爆发，其能量相当于数百颗原子弹。虽然没有关于这次喷发的书面记录，但地质学家认为这可能是有史以来最强烈的一次火山喷发，并有理由推测，火山向大气中排放的大量二氧化硫改变了气候，引发了海啸和气温下降。
然而，历史上一些VEI达6级左右的火山爆发对全球气候的影响也不容小觑。
公元450年，伊洛潘戈湖(Ilopango)火山第一次爆发，VEI在6级以上。这次火山喷发造成10万人死亡，40多万人流离失所。它被认为是公元535年到公元536年间全球气温变冷的原因，并导致从罗马到中国的农作物歉收。
1600年，埃纳普蒂纳(Huaynaputina)火山爆发，是南美有记载以来的最大一次火山喷发，VEI6级。爆发后产生的火山灰掩埋了山体以西超过50平方公里的区域，直到今天仍被覆盖着。1600年该火山爆发后的夏季是500年来最冷的。
1783年，位于冰岛的拉基(Laki)火山爆发，喷发持续了约8个月，释放出约14.7立方千米的熔岩，VEI6级。有毒气体不仅毒害了庄稼，还毒死了冰岛上60%的放牧牲畜。火山释放的二氧化硫导致酸雨和全球气温下降，造成饥荒，导致一万多冰岛人死亡，约占当时冰岛人口的四分之一。
1991年，位于菲律宾的皮纳图博(Pinatubo)火山爆发，是20世纪第二大火山爆发，VEI6级。该火山向平流层喷射了近2000万吨二氧化硫，导致全球气温骤降。

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