汤加历史性的火山喷发可能有助于预测海啸何时袭击陆地

1 月 15 日，南太平洋一座海底火山发生剧烈喷发，给群岛国家汤加造成巨大破坏，引发了全球范围的海啸，产生的音爆甚至远至阿拉斯加都能听到。

爆炸被位于陆地、海洋和天空的大量传感器捕捉到。两组科学家于 5 月 12 日在《科学》杂志上发表了对这些数据的分析。

其中一个研究小组得出的结论是，此次火山喷发产生的压力波规模可与 1883 年印度尼西亚喀拉喀托火山大规模喷发相媲美。喀拉喀托火山喷发产生的火山灰高达 50 英里，在喷发高峰期，爆炸声在 2200 英里外都能听到。另一个研究小组则探讨了压力波如何导致海啸比预期提前数小时到达遥远的海岸。研究人员表示，这些信息可以帮助科学家更好地了解火山喷发背后的过程，并改进海啸预警系统。

加州大学圣巴巴拉分校地球物理学家、其中一篇论文的合著者罗宾·马托萨 (Robin Matoza) 表示：“在现代数字时代，从未发生过这样的事情。这真是一次非凡的事件。”

亚利桑那州立大学气象学家、联合国世界气象组织天气和气候极端事件报告员兰迪·塞维尼 (Randy Cerveny) 将这两篇论文描述为“令人着迷的工作”。

他在一封电子邮件中说：“我们现在掌握的信息越多，以及对现有信息的持续分析，希望能够让我们更好地应对未来如此大规模的火山爆发。”

造成这一切骚乱的火山位于汤加最大的岛屿汤加塔布岛 40 英里处。火山宽约 12 英里，顶部有一个 3 英里宽的火山口，两个“唇”突出于水面。2009 年至 2015 年，洪加火山经历了几次小规模喷发。去年 12 月开始，火山爆发了一系列更猛烈的喷发，1 月 15 日的大规模喷发达到高潮，火山灰云高达 20 多英里。

[相关：如何在海啸中生存]

马托萨的团队由来自 17 个国家的研究人员组成，他们研究了这次强烈火山喷发所释放的压力波。他们收集了地震仪、浮标压力传感器、水听器、气象卫星、记录无线电波穿过地球大气层时弯曲情况的仪器等的测量数据。

研究人员特别关注兰姆波，这是一种低频扰动，以大约与声速相同的速度沿地球表面传播。塞维尼将这种现象比作摇晃的甜点的行为。

他说：“想象一下，比如说，一个装有果冻的巨大容器底部发生爆炸，压缩果冻的压力波会如何从爆炸地点水平扩散出去。”

兰姆波通常覆盖整个大气层，研究人员可以利用地面和卫星上的各种传感器来追踪它们，帕萨迪纳 NASA 喷气推进实验室的航空工程师、论文合著者 Siddharth Krishnamoorthy 表示。“我们在这里观察到的兰姆波的振幅不会高到造成破坏，但它确实有助于我们了解大气中的波传播和火山喷发本身的特征，”他在一封电子邮件中说道。

他和他的同事观察到，洪加火山爆发释放的兰姆波非常强大，在六天的时间内绕地球几圈。该团队得出结论，该波的规模和传播距离与 1883 年臭名昭著的喀拉喀托火山爆发相当，比 1980 年圣海伦斯火山爆发产生的波大 10 倍以上。

“这表明 2022 年 1 月洪加火山的喷发有多么严重，”塞维尼说。“如果洪加火山的喷发主要发生在海平面以上（就像喀拉喀托火山喷发一样），其影响将是近 150 年来从未见过的。”

喀拉喀托火山的剧烈活动被全球大约 50 个气象气压计记录下来，而洪加火山的喷发则被数千个传感器记录下来。马托扎说，这为科学家提供了如此规模的爆炸的“无与伦比”的全球数据集。未来，他和他的同事希望利用来自全球非科学家家庭气象站的数据来加深对洪加火山喷发的了解。

他说：“收集所有这些额外的数据确实有潜力，可以更好地描述这个波场。”

绝大多数海啸都是地震引发的。法国瓦尔邦蔚蓝海岸天文台的地球物理学家、马托萨团队的另一名成员露西·罗兰 (Lucie Rolland) 表示，预警系统就是基于这类海浪，可以在几分钟内预测到海啸的到达时间。然而，洪加火山爆发引发的海啸却截然不同，第一波海啸比平时早到了两个多小时。海啸中包括到达美国西海岸的 4 英尺高的巨浪。

[相关：档案：20 世纪 30 年代活火山内部的探险]

在第二篇论文中，日本的研究人员使用数学模拟来探究火山爆发产生的兰姆波如何影响随后的海啸。该团队在分析中利用了气压计、海底压力传感器（用于检测海啸经过）和全球沿海潮位测量仪的数据。

据记录，前浪的移动速度约为每秒 300 米（每小时 671 英里）。日本筑波国家地球科学与灾害恢复研究所的地震学家久保田达也说，紧随其后的是每秒 200 至 220 米（每小时 447 至 492 英里）的海浪，这与地震引发的海啸的典型速度相符。这些扰动持续了三天多，比地震引发的海啸要长得多。

久保田和他的同事发现，兰姆波驱动了领先的海浪，而太平洋海底的地形特征分散了这些波浪，从而产生了随后的持久海啸。该团队总结说，火山海啸的特点使其比地震引发的海啸更复杂，更难以预测。

久保田在一封电子邮件中表示：“我认为，一个重要的含义是，我们需要将火山学和气象学的知识融入海啸科学中。”

罗兰指出，她的团队的研究还表明快速移动的兰姆波脉冲导致了这次不寻常的海啸。

她在一封电子邮件中表示：“由于缺乏对海啸源的正确了解，海啸预警系统对海啸威胁的估计并不准确。因此，了解潜在的物理机制、充分解释这些奇怪的观测结果并让预警系统程序适应火山爆发的情况至关重要。”