加汤火山为什么会发生剧烈爆发

为什么汤加的火山爆发如此猛烈，后面会发生什么？汤加王国并不经常引起全球关注，但 1 月 15 日水下火山的猛烈喷发已经将冲击波传播到了世界的一半左右。火山通常没什么可看的。它由两个无人居住的小岛 Hunga-Ha'apai 和 Hunga-Tonga 组成，位于汤加首都努库阿洛法以北 65 公里（40 英里）的海平面以上约 100 米（328 英尺）处。但隐藏在海浪之下的是一座巨大的火山，高约 1,800 米（6,000 英尺），宽 20 公里（12.5 英里）。在过去的几十年里，Hunga-Tonga-Hunga-Ha'apai 火山经常喷发。在 2009 年和 2014/15 年的事件中，岩浆和蒸汽的热射流在海浪中爆炸。但这些喷发规模很小，与 2022 年 1 月的事件相比，规模相形见绌。我们对这些早期喷发的研究表明，这是火山大约每千年能够产生的大规模爆炸之一。考虑到海水应该冷却岩浆，为什么火山的喷发具有如此强烈的爆炸性？如果岩浆缓慢上升到海水中，即使在大约 1,200 摄氏度（2,200 华氏度）的温度下，岩浆和水之间也会形成一层薄薄的蒸汽。这提供了一层绝缘层，以使岩浆的外表面冷却。但是当岩浆从充满火山气体的地下喷出时，这个过程就不起作用了。当岩浆迅速进入水中时，任何蒸汽层都会被迅速破坏，使热岩浆与冷水直接接触。火山研究人员将此称为“燃料-冷却剂相互作用”，类似于武器级化学爆炸。极其猛烈的爆炸将岩浆撕裂。链式反应开始了，新的岩浆碎片将新鲜的热内表面暴露在水中，然后爆炸重复，最终喷出火山颗粒并引起超音速爆炸。两个规模的洪加火山喷发 2014/15 年的喷发形成了一个火山锥，将两个古老的洪加岛连接在一起，形成了一个长约 5 公里的联合岛。我们在 2016 年参观过，发现这些历史性的火山喷发只是主要事件的拉开帷幕。在海底测绘时，我们在海浪下方 150 米处发现了一个隐藏的“火山口”。火山口是一个直径约 5 公里（3 英里）的火山口状洼地。小型喷发（如 2009 年和 2014/15 年）主要发生在火山口的边缘，但非常大的喷发来自火山口本身。这些大喷发是如此之大，以至于喷发的岩浆顶部向内塌陷，加深了火山口。看看过去喷发的化学成分，我们现在认为小喷发代表岩浆系统正在缓慢地自我充电，为大事件做准备。我们在旧岛上的沉积物中发现了洪加火山口过去两次巨大喷发的证据。我们将这些化学物质与 65 公里外最大有人居住的汤加塔布岛上的火山灰沉积物相匹配，然后使用放射性碳年代测定表明，大约每 1000 年都会发生一次大型火山口喷发，最后一次是在公元 1100 年。有了这些知识，1 月 15 日的喷发对于“大”来说似乎是如期而至。我们现在可以期待发生的事情我们仍处于这个主要喷发序列的中间，许多方面仍不清楚，部分原因是该岛目前被火山灰云遮蔽。2021 年 12 月 20 日和 2022 年 1 月 13 日的两次较早喷发规模适中。他们产生了高达 17 公里的云层，并为 2014/15 年合并的岛屿增加了新的土地。最近的火山爆发在暴力方面扩大了规模。灰羽已经高约 20 公里（12 英里）。最引人注目的是，它几乎同心地散布在距离火山约 130 公里的地方，在被风扭曲之前形成了直径为 260 公里的羽流。这展示了一种巨大的爆炸力——仅靠岩浆-水的相互作用无法解释。相反，它表明大量新鲜的、充满气体的岩浆从火山口喷发。喷发还在汤加和邻近的斐济和萨摩亚引发了海啸。冲击波穿越了数千公里，从太空中被看到，并在大约 2000 公里外的新西兰记录到。喷发开始后不久，汤加塔普的天空被挡住了，灰烬开始落下。所有这些迹象都表明，巨大的洪加火山口已经苏醒。海啸是由爆炸过程中耦合的大气和海洋冲击波产生的，但它们也很容易由海底滑坡和火山口坍塌引起。目前尚不清楚这是否是喷发的高潮。它代表了一次主要的岩浆压力释放，可能会使系统沉降。然而，一个警告在于火山先前喷发的地质沉积物。这些复杂的序列表明，每一个 1000 年的主要火山口喷发事件都涉及许多单独的爆炸事件。因此，Hunga-Tonga-Hunga-Ha'apai 火山可能会发生数周甚至数年的重大火山动乱。至于汤加人民，希望他们平安。ASC 科研通过带领学生沉浸式体验美国大学原汁原味的科研课程、课程体系以及学术进阶，根据学生学术水平与能力，提供不同难易程度的项目形式，帮助学生获得符合相应能力水平的进阶提升机会。