湯加海底火山噴發事件回顧及其災害影響

宋雨佳 盤曉東 康建紅

湯加火山概況

北京時間2022年1月15日，南太平洋島國湯加附近一聲巨響伴隨著巨大的蘑菇云升起——洪阿哈阿帕伊島（Hunga Tonga-Hunga Ha'apai）海底火山（南緯20.57度，西經175.38度）發生大規模爆炸式噴發，火山灰、氣體和蒸汽組成的火山噴發柱噴射到20千米高空，引發的海嘯波及環太平洋沿岸多個國家，引起全球廣泛關注。

（一）地質構造背景

湯加洪阿哈阿帕伊島海底火山位于湯加首都努庫阿洛法以北65千米處的洪阿哈阿帕伊島，構造位置位于西南太平洋板塊和印度—澳大利亞板塊之間的“匯聚型板塊邊界”上，是環太平洋火山地震帶湯加火山鏈的火山之一，地質活動十分活躍。太平洋板塊向西側的澳大利亞板塊之下俯沖，形成了海洋島弧。經過弧后拉張作用，海洋島弧周邊逐漸發展成為Lau盆地，隨后盆地發生裂陷，在西側形成Lau山脊，東側形成湯加山脊。湯加山脊與太平洋板塊相鄰，火山活動十分頻繁，是現今地球上火山地震最活躍的地區之一（圖1）。

圖1 湯加海底火山地質構造背景（據中國地震局地質研究所，2022）

（二）噴發歷史

該火山分別于1912年、1937年、1988年、2009年、2014年、2021年發生過噴發（表1）。其中，2009年3月17日的火山噴發在洪阿哈阿帕伊島的南部水域上形成了新的陸地。2014年12月19日該火山發生了噴發，持續到2015年1月28日結束?；鹕絿姲l形成了一個高約120米、寬1.5千米（N-S），長2千米（W-E）的新島，火山口直徑為400～500米。后來新島與洪阿哈阿帕伊島相連。2021年12月20日發生爆炸式噴發，噴發規模超越以往歷次噴發，一直持續至今。

表1 湯加火山歷史噴發記錄表

（三）噴發機制

太平洋板塊在湯加東側的海溝處俯沖，俯沖的大洋洋殼在深部脫水引起地幔楔的熔融，形成巖漿。隨著板塊持續俯沖，熔融也在積聚，待壓力達到臨界時，在俯沖帶上部就發生火山噴發（Sun et al. 2020）。另外，GPS數據表明，西太平洋有擴張的趨勢，并且向湯加—克馬德克島弧（位于西南太平洋板塊向澳大利亞板塊的匯聚俯沖帶上）不斷移動（圖2）。

圖2 湯加—克馬德克島弧構造位置（Sun et al., 2020）

2022年1月15日大規?；鹕奖l

2022年1月15日發生大規模爆炸式噴發，是迄今為止該火山最大規模的噴發（圖3）?；鹕交?、氣體和蒸汽組成的火山噴發柱高達20千米，火山灰云團直徑約260千米，釋放二氧化硫40萬噸?；鹕絿姲l產生的巨響在距離火山800多千米的斐濟群島、距離火山2200千米外的新西蘭北島都能聽見。巨大噴發產生的沖擊波還影響到了全球各地的氣壓計，日本、澳大利亞、中國、新西蘭等多國均監測到氣壓數據突然彈跳的變化?；鹕絿姲l引發了太平洋全域海嘯過程，1月16日美國加利福尼亞州、俄勒岡州、夏威夷群島均監測到1米至2米高的海嘯波；日本列島均監測到0.2米至1.2米不等的海嘯波；智利中部科金博大區監測到2米高的海嘯波；墨西哥沿岸監測到0.43米至2.05米高的海嘯波。我國浙江石浦站監測到最大海嘯波幅約20厘米，此次過程未對中國沿岸造成災害性影響。

圖3 湯加洪阿哈阿帕伊島2022年1月15日大噴發影像（圖源Zoom Earth）

湯加火山噴發的災害影響

（一）對湯加的災害影響

火山噴發后，湯加洪阿哈阿帕伊島周邊285公頃的陸地面積幾乎“消失”。當地及附近島嶼的建筑、道路、植被等幾乎全被火山灰覆蓋，受損嚴重（圖4）；農作物也被火山灰掩埋，其支柱產業農業受災嚴重；空氣及飲用水受到污染，海洋生態遭到嚴重破壞。湯加唯一一條連接斐濟的海底互聯網電纜被損壞，使該國與外界“失聯”。湯加機場因被大量的火山灰覆蓋而關閉，阻礙了國際救援工作。目前火山噴發已造成5人死亡及部分人員受傷。湯加的國內通信恢復，電力恢復80%。

圖4 湯加境內建筑道路等被火山灰覆蓋損毀（圖源Malau Media）

（二）對其他國家的災害影響

火山噴發引發海嘯，波及澳大利亞、秘魯、智利、日本、美國等地，造成海水倒灌、民宅被毀等影響。截至1月16日日本高知縣和三重縣共損失漁船30艘，27個國內航班被取消。美國零售產品和營業廳的損失至少75000美元。秘魯北部和中部的22個港口因海嘯而關閉。受火山噴發引起的海嘯影響，秘魯利馬附近海域發生了嚴重的石油泄漏，截至1月20日污染了秘魯沿岸20萬平方英尺的海灘，引發了嚴重的生態災難并導致秘魯海灘關閉、漁業停止（圖5）。火山噴發產生的氣溶膠向西擴散到澳大利亞。距離最近的“一帶一路”沿線國家是印度尼西亞，未見受此次火山噴發影響的報道。

圖5 秘魯利馬附近海域發生了嚴重的石油泄漏

（三）對氣候的影響

美國能源領域專家布蘭登·亞歷山大認為，1991年菲律賓皮納圖博火山噴發排放出1700萬噸二氧化硫，此后的一年里，全球氣溫下降了近0.5攝氏度。而此次火山噴發排出二氧化硫的總量大約為40萬噸，是皮納圖博的1%到2%，這個數量級太小，幾乎無法對氣候產生任何可測量的影響。美國羅格斯大學環境科學系教授艾倫·羅博克表示，目前衛星測量顯示，湯加最近一次火山噴發產生的二氧化硫大約為40萬噸。這次噴發對氣候的影響大約是皮納圖博火山噴發的1/50，即平均降溫約0.01攝氏度。從目前情況看，此次火山噴發不會對全球氣候產生較大影響。

我國火山監測與災害防御

我國有14座活火山，其中長白山天池火山是規模最大、最具潛在災害性噴發危險的活火山。長白山天池火山千年前的大噴發是全球近2000年來最大規模噴發事件之一（火山爆發指數VEI=7），造成巨大災害。中國科學院院士劉嘉麒認為，長白山火山雖然不會馬上就噴發，但遲早會噴發。天池蓄水20.4億立方米，即使發生中小規模噴發，也會造成巨大災害。

為減輕和預防這些活火山噴發形成的災害，中國在6個位于人口稠密地方的活火山區建立了火山監測站，開展火山監測工作。其中，由于長白山天池火山的特殊性及重要性，圍繞著天池火山口架設了地震觀測、形變觀測和地球化學觀測等一系列觀測儀器，建成了我國火山監測手段最多和監測技術最先進的監測網絡。監測網絡數據表明在2002—2005年間長白山火山經歷了火山擾動事件，2006年后逐漸恢復平靜。但2020年12月22日天池火山發生了由38次火山地震組成的震群活動，2021年6月27日再次發生11次火山地震組成的震群活動，2021年3月5日，天池火山區南25千米處發生3.1級地震。天池火山2020年以來火山地震活動頻度及強度有所增強，可能預示火山活動由平靜階段向擾動階段轉變。

“九五”以來，中國地震局相繼開展了火山噴發序列、火山噴發危險性、火山災害預測、火山災害預警等研究，對我國火山潛在的災害類型、分布區域及背景活動狀態進行了摸底，對我國火山的噴發歷史、火山深部巖漿系統和活動性等取得了進一步的認識。

人類無法控制火山活動，只能在深入認識火山活動規律以及加強火山監測、預報的基礎上進行防御。主要措施包括：火山活動監測預報預警；開展火山災害區劃，城鎮和重要工程設施避開火山危險區及可能的危害區；廣泛普及火山災害防御和應急避險知識；制訂火山災害應急預案，組織做好應急應對準備；在火山噴發前，進行人員疏散和財產轉移；在火山噴發后，阻擋或疏通熔巖流，改變其流動方向或匯聚場所，減少災害損失；消除火山洪水、火山泥石流等隱患，預防間接災害，從而進行有效的防災、減災、救災工作。