2022年1月14日和15日，南太平洋島國(guó)湯加的洪阿哈阿帕伊島海底火山發(fā)生兩次劇烈噴發(fā)，其噴發(fā)柱高達(dá)5-20km，沖擊波傳播了數(shù)千公里，7小時(shí)后的阿拉斯加都聽(tīng)到了爆炸聲，并引起了泛太平洋范圍的海嘯。據(jù)報(bào)道，太平洋沿岸智利、日本和新西蘭等國(guó)家乃至美國(guó)的夏威夷群島都監(jiān)測(cè)到了一米上下的海嘯。

湯加火山爆發(fā)是最近30年來(lái)最大的一次火山爆發(fā)。自然而然，許多人開(kāi)始擔(dān)心火山爆發(fā)引起的全球氣候變遷，主要就是降溫和降雨，并聯(lián)想到1815年印度尼西亞坦博拉火山（Mt. Tambora）爆發(fā)引起的“沒(méi)有夏天的”1816年。湯加火山爆發(fā)可能導(dǎo)致短時(shí)間氣候變冷這種擔(dān)憂，并非空穴來(lái)風(fēng)。

火山爆發(fā)為何以及如何導(dǎo)致降溫？

早在18世紀(jì)末，博學(xué)多才的美國(guó)學(xué)者和外交家富蘭克林就推測(cè)，火山爆發(fā)會(huì)引起氣候變冷。他的這個(gè)觀點(diǎn)，在二十世紀(jì)已經(jīng)被科學(xué)家修訂和證明。大規(guī)模的火山爆發(fā)和短期的極端氣候，也就是我們所說(shuō)的火山氣候，確實(shí)有關(guān)聯(lián)性。

火山氣候的一個(gè)顯著的特點(diǎn)就是趨冷和降水增多，雖然其他的極端氣候現(xiàn)象也在其列。那么，原因何在？

大規(guī)模的火山爆發(fā)會(huì)噴出大量的熔巖，熔巖冷卻變成火山灰；火山灰的細(xì)小微粒漂浮到地球上空徘徊，形成一層塵幕（也即火山灰形成的云層）；進(jìn)入平流層 （the stratosphere）后，這層塵幕可以停留漂浮達(dá)一到兩年，它既可以吸收太陽(yáng)光，也可以反射到達(dá)地球上空的太陽(yáng)光，從而使得太陽(yáng)傳遞到地球的能量減少。

平流層夾于對(duì)流層與中間層之間，亦稱(chēng)同溫層。在中緯度地區(qū)，平流層位于離地表10公里至50公里的高度，而在極地，平流層距離地表8公里左右。和其下的對(duì)流層相反，平流層因?yàn)槠漤敳课樟藖?lái)自太陽(yáng)的紫外線而被加熱，氣溫隨高度上升而上升，上熱下冷。而在平流層上面的中間層和下面的對(duì)流層的氣溫則隨高度的上升而下降，因此中間層大氣存在相當(dāng)強(qiáng)烈的垂直方向的運(yùn)動(dòng)。假如火山熔巖微粒噴發(fā)太高或太低，進(jìn)入對(duì)流層或者中間層，這些熔巖微粒都相對(duì)會(huì)在垂直方向運(yùn)動(dòng)，漂浮時(shí)間不會(huì)太久。

用科學(xué)的話語(yǔ)解釋?zhuān)瑖姲l(fā)進(jìn)入了平流層的二氧化硫分子和水蒸氣結(jié)合形成了硫酸氣溶膠（sulfuric acid aerosols）；盛行風(fēng)（prevailing winds）帶著這些氣溶膠環(huán)繞著地球，形成了一層紗幕，反射了相當(dāng)數(shù)量的太陽(yáng)光線，阻止了到達(dá)地球表面的太陽(yáng)光給人類(lèi)帶來(lái)的能量；又由于這層紗幕在自然云層之上，所以雨水無(wú)法將其沖刷出大氣層，會(huì)在平流層停留長(zhǎng)達(dá)數(shù)年，從而導(dǎo)致了全球趨冷的傾向。一旦氣溶膠的微粒下降到大氣層，它們（凝聚核）便加強(qiáng)了云層的形成。酸性水滴比云層中的普通水滴還要小，因而能夠更有效地反射太陽(yáng)光。這樣，云層本身放射性就更強(qiáng)，從而增加了趨冷的傾向。這便是火山氣候形成的機(jī)制。

根據(jù)這樣的機(jī)制，我們發(fā)現(xiàn)，火山爆發(fā)的本身特點(diǎn)對(duì)于是否能形成火山氣候以及火山氣候的影響大小十分關(guān)鍵。首先是火山爆發(fā)的能量大小，也就是火山爆發(fā)指數(shù)。火山爆發(fā)指數(shù)是根據(jù)噴出物體積、火山云和定性觀測(cè)來(lái)表達(dá)其強(qiáng)烈程度。非爆炸性火山噴發(fā)強(qiáng)度為0，指數(shù)每增加1級(jí)表示爆發(fā)威力大10倍，它采取開(kāi)放式的方式。歷史上最大規(guī)模的火山爆發(fā)為8度，都發(fā)生在人類(lèi)文明出現(xiàn)之前。一般而言，火山爆發(fā)指數(shù)越高，其破壞力越大，形成的火山氣候影響也越大。

第二，和火山爆發(fā)指數(shù)密切相關(guān)的是火山噴發(fā)的熔巖（以及形成的火山灰）和噴發(fā)的高度。火山灰越多，而且噴發(fā)的高度在平流層范圍內(nèi)，則滯留在平流層的火山灰就越多，火山氣候的影響就越大。如果噴發(fā)太低進(jìn)入對(duì)流層，或者噴發(fā)過(guò)高進(jìn)入中間層，形成火山氣候的幾率比較低；即使形成了火山氣候，其影響也較小。

第三，火山的地理位置也非常關(guān)鍵，因?yàn)槠搅鲗泳嚯x地面的垂直高度隨緯度變化。科學(xué)研究表明，氣候?qū)τ诖笠?guī)?；鹕奖l(fā)的回應(yīng)確實(shí)比過(guò)去估計(jì)得要快得多。北半球的火山爆發(fā)會(huì)在爆發(fā)當(dāng)月便導(dǎo)致降溫，在爆發(fā)后的第三個(gè)月內(nèi)到達(dá)最低點(diǎn)，而后在兩年內(nèi)逐漸恢復(fù)。南半球火山噴發(fā)的氣候反應(yīng)比北半球火山噴發(fā)要晚幾個(gè)月，降溫在爆發(fā)后的約八個(gè)月才逐漸明顯，第二年達(dá)到高潮，第三年才消退。湯加位于南緯21°07′、西經(jīng)175°12′，處在南半球。假如這次火山爆發(fā)形成了火山氣候，我們大致在今年八九月份可能會(huì)感受到。

火山氣候形成的復(fù)雜性

從理論上講，火山爆發(fā)的確會(huì)導(dǎo)致全球氣溫下降。除了火山爆發(fā)本身的特點(diǎn)外，大自然還有其他因素也在火山氣候的形成中發(fā)揮著不可忽視的作用，有時(shí)是減弱，有時(shí)是加強(qiáng)，甚至形成共振。

影響短期氣候變化主要包括三大因素：火山爆發(fā)、厄爾尼諾-南方震蕩現(xiàn)象（El Ni?o-Southern Oscillation，簡(jiǎn)稱(chēng)ENSO），以及太陽(yáng)輻射。不妨以1815年坦博拉火山爆發(fā)為例來(lái)討論這三者如何共塑了1816年的極端天氣。

坦博拉火山坐落于南半球的松巴哇 (Sumbawa) 島。此島位于南緯8°47′，東經(jīng)118°5′。目前屬于印度尼西亞西努沙登加拉省 (West Nusa Tenggara)。坦博拉火山是一座活火山，屹立于松巴哇島的北側(cè)，北瞰大海，海拔高達(dá)4200多米，是海上水手從遙遠(yuǎn)的海面便可眺望的地標(biāo)和風(fēng)景。它也許沒(méi)有維蘇威火山那樣有名，但對(duì)人類(lèi)社會(huì)的影響其實(shí)遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于后者。

坦博拉火山一度被認(rèn)為是死火山。在1815年前，坦博拉火山默默無(wú)言，沉寂了五千多年，直到1810年代。大約在1812年的某個(gè)時(shí)刻，這個(gè)“巨人”從睡夢(mèng)中醒來(lái)，小規(guī)模地震爆發(fā)了，隨之以熱氣和火山灰的噴發(fā)；這樣的情形持續(xù)了約三年時(shí)間。1815年4月5日清晨，第一次大爆發(fā)發(fā)生了?；鹕絿姵隽酥鶢罨覊m和煙霧，直干云霄，可能高達(dá)25公里，1000公里之外島嶼上的居民都聽(tīng)到了火山爆發(fā)的聲音。

第一次大爆發(fā)之后，小爆發(fā)在此后的幾天連續(xù)不斷，直到4月10日晚上的第二次大爆發(fā)。這次爆發(fā)比第一次更加猛烈，煙霧、灰塵和巖石形成的圓柱高達(dá)40多公里，其聲音在往西2500公里以外的蘇門(mén)答臘西部以及往東1400公里以外的摩鹿加群島（the Moluccas）的特爾納特島（Ternate）都可以聽(tīng)到。此后，坦博拉的噴發(fā)持續(xù)了數(shù)周之久，最后再次歸于沉寂。那時(shí)，坦博拉的海拔高度從4200多米降到了2863米。也就是說(shuō)，約1400米的山體被噴發(fā)了。

科學(xué)家基本同意，坦博拉爆發(fā)的這一年，北半球的地表溫度下降了幾個(gè)攝氏十分之一度，而且這個(gè)趨冷持續(xù)了兩三年之久。他們估計(jì)，1816年全球平均氣溫下降了約0.4–0.7℃（相當(dāng)于0.7–1.3 華氏度）， 這一年在西方以“沒(méi)有夏天的年份”而聞名。對(duì)于這個(gè)驚人的全球變冷，坦博拉火山當(dāng)然功居首位，但也有其他因素的貢獻(xiàn)。

早在1924年, Willis I. Milham 根據(jù)馬薩諸塞州威廉姆斯鎮(zhèn)（Williamstown） 1816~1838年的氣象記錄，令人信服地證實(shí)了1816年的冷夏；他還指出， 除了坦博拉火山這個(gè)關(guān)鍵和主要原因外，導(dǎo)致降溫的原因還包括太陽(yáng)活動(dòng)、海水表面溫度（the sea surface temperature 簡(jiǎn)稱(chēng)SST)、大氣成分（尤其是二氧化碳的變化）和其他一些偶然因素。對(duì)于Milham枚舉的因素，科學(xué)家們利用不斷進(jìn)步的科學(xué)儀器和方法，進(jìn)一步揭示了相應(yīng)的科學(xué)原理或機(jī)制。他們一方面強(qiáng)調(diào)坦博拉火山是降溫的主要成因，另一方面都指出太陽(yáng)和海水表面溫度這兩個(gè)因素的重要性。太陽(yáng)黑子極小期（The sunspot minimum）和火山爆發(fā)一起作用，可以導(dǎo)致地球平均溫度降低 1華氏度；而海水表面溫度尤其因?yàn)槎驙柲嶂Z-南方振蕩現(xiàn)象也會(huì)有明顯的升降，從而影響地表溫度。

火山氣候的復(fù)雜性在于，坦博拉噴發(fā)所導(dǎo)致的全球氣候變遷遠(yuǎn)非“沒(méi)有夏天的年份”形容得那樣單一。首先，坦博拉噴發(fā)的時(shí)間位于19世紀(jì)初的小冰期，因而加強(qiáng)了全球降溫趨勢(shì)。但確切地說(shuō)，1816年寒冷的夏天，這只是一個(gè)地區(qū)現(xiàn)象；更準(zhǔn)確的表達(dá)是，1816年的極端天氣。很明顯，1815年坦博拉火山噴發(fā)在平流層的大規(guī)模氣溶膠（可能包括阻礙陽(yáng)光和破壞季風(fēng)）導(dǎo)致全球一些地區(qū)出現(xiàn)了超常的極端不正常天氣（highly anomalous weather）。事實(shí)上，1816年有些地區(qū)的全年平均氣溫偏高，如北美西部的北端、東歐和日本，正和北美東部、西歐以及中國(guó)的酷寒相反。

所以，用地球全年平均溫度下降的多少來(lái)評(píng)估火山氣候，無(wú)助于理解火山氣候可能造成的惡果。平均溫度的偏差固然可以揭示宏觀的氣溫變化和火山噴發(fā)在一年乃至更長(zhǎng)時(shí)期內(nèi)的威力，但它不足以表述不同地區(qū)間不同的氣候回應(yīng)以及伴隨而來(lái)的災(zāi)害。比如說(shuō)，年平均氣溫下降0.5℃，在某些年份或者某個(gè)時(shí)期內(nèi)看起來(lái)相當(dāng)正常不過(guò)；霜降或者寒流導(dǎo)致的短期內(nèi)（幾天到一周）氣溫急劇下降雖然對(duì)于全年平均溫度影響甚微，但對(duì)于生長(zhǎng)季的農(nóng)作物則是致命威脅。而這正是1816年北美東北部新英格蘭地區(qū)所發(fā)生的情況。由于當(dāng)年溫暖的二月、十月、十一月和十二月，從而氣溫平均起來(lái)掩蓋了寒冷的夏季，1816年新英格蘭地區(qū)平均溫度只比正常年份低了一丁點(diǎn)，但這年夏天新英格蘭經(jīng)歷了三次寒流，分別發(fā)生在六月、七月和八月，對(duì)于農(nóng)作物而言是致命的打擊。

綜合上述，英格蘭地區(qū)的1816年令人難忘，不是因?yàn)楸灸甑钠骄鶜鉁靥貏e低，也不是因?yàn)槊總€(gè)月的氣溫都偏低，而是因?yàn)榇文晗奶斓娜齻€(gè)月以及前后另外兩個(gè)月異常寒冷， 尤其是因?yàn)楸镜叵募緮?shù)月的非同尋常的低溫。須知，嚴(yán)重霜凍和沒(méi)有霜凍在夏季造成的最低氣溫差別雖然只有幾度之別，但后果截然不同。

湯加火山爆發(fā)會(huì)導(dǎo)致全球變冷嗎？

大家最關(guān)心的問(wèn)題當(dāng)然還是這次湯加火山爆發(fā)會(huì)不會(huì)形成火山氣候，并導(dǎo)致今后兩三年內(nèi)氣候變冷呢？

根據(jù)火山氣候形成的機(jī)制，我們先看看湯加火山的爆發(fā)指數(shù)。首先，根據(jù)報(bào)道，湯加火山爆發(fā)指數(shù)為5級(jí)，位于5級(jí)的下限。坦博拉火山的爆發(fā)指數(shù)為7，則理論上湯加火山爆發(fā)的威力不過(guò)是坦博拉火山的1%，根本無(wú)法相提并論。第二，湯加火山爆發(fā)的時(shí)間短，這就意味著這次噴發(fā)釋放的火山物質(zhì)，無(wú)論是熔巖、火山氣體還是巖石碎屑都相對(duì)較少。第三，洪阿哈阿帕伊島火山的中心位于海平面以下約150米至300米處。噴涌而出的炙熱熔巖與覆蓋在火山口的冰冷海水發(fā)生劇烈反應(yīng)，因此噴發(fā)出來(lái)的熔巖會(huì)相對(duì)很少。爆炸的能量很大比率被海水吸收，這或許是為什么萬(wàn)里之遙的夏威夷都可以觀察到一米的海嘯。

綜合上述，筆者認(rèn)為，湯加火山爆發(fā)導(dǎo)致今年下半年變冷的可能性很小。除非此火山還有后續(xù)大規(guī)模爆發(fā)，我們對(duì)此不必?fù)?dān)憂。相反，國(guó)際社會(huì)對(duì)湯加的救助反而是當(dāng)務(wù)之急?；鹕綒夂蚴腔鹕奖l(fā)的一個(gè)相對(duì)中長(zhǎng)期的后果?；鹕奖l(fā)的一個(gè)直接后果，便是對(duì)在火山附近生活的社區(qū)造成直接的、不可逆的嚴(yán)重惡果，包括生命和財(cái)產(chǎn)的喪失以及整個(gè)居住環(huán)境的劇變。湯加火山爆發(fā)，離開(kāi)湯加首都約65公里，已經(jīng)造成人員傷亡，我們迫切期望國(guó)際社會(huì)予以第一時(shí)間的關(guān)注和救助。

（楊斌，澳門(mén)大學(xué)歷史系教授）