澎湃新闻特约撰稿 杨斌

2022年1月14日和15日，南太平洋岛国汤加的洪阿哈阿帕伊岛海底火山发生两次剧烈喷发，其喷发柱高达5-20km，冲击波传播了数千公里，7小时后的阿拉斯加都听到了爆炸声，并引起了泛太平洋范围的海啸。据报道，太平洋沿岸智利、日本和新西兰等国家乃至美国的夏威夷群岛都监测到了一米上下的海啸。

汤加火山爆发是最近30年来最大的一次火山爆发。自然而然，许多人开始担心火山爆发引起的全球气候变迁，主要就是降温和降雨，并联想到1815年印度尼西亚坦博拉火山（Mt. Tambora）爆发引起的“没有夏天的”1816年。汤加火山爆发可能导致短时间气候变冷这种担忧，并非空穴来风。

火山爆发为何以及如何导致降温？

早在18世纪末，博学多才的美国学者和外交家富兰克林就推测，火山爆发会引起气候变冷。他的这个观点，在二十世纪已经被科学家修订和证明。大规模的火山爆发和短期的极端气候，也就是我们所说的火山气候，确实有关联性。

火山气候的一个显著的特点就是趋冷和降水增多，虽然其他的极端气候现象也在其列。那么，原因何在？

大规模的火山爆发会喷出大量的熔岩，熔岩冷却变成火山灰；火山灰的细小微粒漂浮到地球上空徘徊，形成一层尘幕（也即火山灰形成的云层）；进入平流层 （the stratosphere）后，这层尘幕可以停留漂浮达一到两年，它既可以吸收太阳光，也可以反射到达地球上空的太阳光，从而使得太阳传递到地球的能量减少。

平流层夹于对流层与中间层之间，亦称同温层。在中纬度地区，平流层位于离地表10公里至50公里的高度，而在极地，平流层距离地表8公里左右。和其下的对流层相反，平流层因为其顶部吸收了来自太阳的紫外线而被加热，气温随高度上升而上升，上热下冷。而在平流层上面的中间层和下面的对流层的气温则随高度的上升而下降，因此中间层大气存在相当强烈的垂直方向的运动。假如火山熔岩微粒喷发太高或太低，进入对流层或者中间层，这些熔岩微粒都相对会在垂直方向运动，漂浮时间不会太久。

用科学的话语解释，喷发进入了平流层的二氧化硫分子和水蒸气结合形成了硫酸气溶胶（sulfuric acid aerosols）；盛行风（prevailing winds）带着这些气溶胶环绕着地球，形成了一层纱幕，反射了相当数量的太阳光线，阻止了到达地球表面的太阳光给人类带来的能量；又由于这层纱幕在自然云层之上，所以雨水无法将其冲刷出大气层，会在平流层停留长达数年，从而导致了全球趋冷的倾向。一旦气溶胶的微粒下降到大气层，它们（凝聚核）便加强了云层的形成。酸性水滴比云层中的普通水滴还要小，因而能够更有效地反射太阳光。这样，云层本身放射性就更强，从而增加了趋冷的倾向。这便是火山气候形成的机制。

根据这样的机制，我们发现，火山爆发的本身特点对于是否能形成火山气候以及火山气候的影响大小十分关键。首先是火山爆发的能量大小，也就是火山爆发指数。火山爆发指数是根据喷出物体积、火山云和定性观测来表达其强烈程度。非爆炸性火山喷发强度为0，指数每增加1级表示爆发威力大10倍，它采取开放式的方式。历史上最大规模的火山爆发为8度，都发生在人类文明出现之前。一般而言，火山爆发指数越高，其破坏力越大，形成的火山气候影响也越大。

第二，和火山爆发指数密切相关的是火山喷发的熔岩（以及形成的火山灰）和喷发的高度。火山灰越多，而且喷发的高度在平流层范围内，则滞留在平流层的火山灰就越多，火山气候的影响就越大。如果喷发太低进入对流层，或者喷发过高进入中间层，形成火山气候的几率比较低；即使形成了火山气候，其影响也较小。

第三，火山的地理位置也非常关键，因为平流层距离地面的垂直高度随纬度变化。科学研究表明，气候对于大规模火山爆发的回应确实比过去估计得要快得多。北半球的火山爆发会在爆发当月便导致降温，在爆发后的第三个月内到达最低点，而后在两年内逐渐恢复。南半球火山喷发的气候反应比北半球火山喷发要晚几个月，降温在爆发后的约八个月才逐渐明显，第二年达到高潮，第三年才消退。汤加位于南纬21°07′、西经175°12′，处在南半球。假如这次火山爆发形成了火山气候，我们大致在今年八九月份可能会感受到。

火山气候形成的复杂性

从理论上讲，火山爆发的确会导致全球气温下降。除了火山爆发本身的特点外，大自然还有其他因素也在火山气候的形成中发挥着不可忽视的作用，有时是减弱，有时是加强，甚至形成共振。

影响短期气候变化主要包括三大因素：火山爆发、厄尔尼诺-南方震荡现象（El Niño-Southern Oscillation，简称ENSO），以及太阳辐射。不妨以1815年坦博拉火山爆发为例来讨论这三者如何共塑了1816年的极端天气。

坦博拉火山坐落于南半球的松巴哇 (Sumbawa) 岛。此岛位于南纬8°47′，东经118°5′。目前属于印度尼西亚西努沙登加拉省 (West Nusa Tenggara)。坦博拉火山是一座活火山，屹立于松巴哇岛的北侧，北瞰大海，海拔高达4200多米，是海上水手从遥远的海面便可眺望的地标和风景。它也许没有维苏威火山那样有名，但对人类社会的影响其实远远大于后者。

坦博拉火山一度被认为是死火山。在1815年前，坦博拉火山默默无言，沉寂了五千多年，直到1810年代。大约在1812年的某个时刻，这个“巨人”从睡梦中醒来，小规模地震爆发了，随之以热气和火山灰的喷发；这样的情形持续了约三年时间。1815年4月5日清晨，第一次大爆发发生了。火山喷出了柱状灰尘和烟雾，直干云霄，可能高达25公里，1000公里之外岛屿上的居民都听到了火山爆发的声音。

第一次大爆发之后，小爆发在此后的几天连续不断，直到4月10日晚上的第二次大爆发。这次爆发比第一次更加猛烈，烟雾、灰尘和岩石形成的圆柱高达40多公里，其声音在往西2500公里以外的苏门答腊西部以及往东1400公里以外的摩鹿加群岛（the Moluccas）的特尔纳特岛（Ternate）都可以听到。此后，坦博拉的喷发持续了数周之久，最后再次归于沉寂。那时，坦博拉的海拔高度从4200多米降到了2863米。也就是说，约1400米的山体被喷发了。

科学家基本同意，坦博拉爆发的这一年，北半球的地表温度下降了几个摄氏十分之一度，而且这个趋冷持续了两三年之久。他们估计，1816年全球平均气温下降了约0.4–0.7℃（相当于0.7–1.3 华氏度）， 这一年在西方以“没有夏天的年份”而闻名。对于这个惊人的全球变冷，坦博拉火山当然功居首位，但也有其他因素的贡献。

早在1924年, Willis I. Milham 根据马萨诸塞州威廉姆斯镇（Williamstown） 1816~1838年的气象记录，令人信服地证实了1816年的冷夏；他还指出， 除了坦博拉火山这个关键和主要原因外，导致降温的原因还包括太阳活动、海水表面温度（the sea surface temperature 简称SST)、大气成分（尤其是二氧化碳的变化）和其他一些偶然因素。对于Milham枚举的因素，科学家们利用不断进步的科学仪器和方法，进一步揭示了相应的科学原理或机制。他们一方面强调坦博拉火山是降温的主要成因，另一方面都指出太阳和海水表面温度这两个因素的重要性。太阳黑子极小期（The sunspot minimum）和火山爆发一起作用，可以导致地球平均温度降低 1华氏度；而海水表面温度尤其因为厄尔尼诺-南方振荡现象也会有明显的升降，从而影响地表温度。

火山气候的复杂性在于，坦博拉喷发所导致的全球气候变迁远非“没有夏天的年份”形容得那样单一。首先，坦博拉喷发的时间位于19世纪初的小冰期，因而加强了全球降温趋势。但确切地说，1816年寒冷的夏天，这只是一个地区现象；更准确的表达是，1816年的极端天气。很明显，1815年坦博拉火山喷发在平流层的大规模气溶胶（可能包括阻碍阳光和破坏季风）导致全球一些地区出现了超常的极端不正常天气（highly anomalous weather）。事实上，1816年有些地区的全年平均气温偏高，如北美西部的北端、东欧和日本，正和北美东部、西欧以及中国的酷寒相反。

所以，用地球全年平均温度下降的多少来评估火山气候，无助于理解火山气候可能造成的恶果。平均温度的偏差固然可以揭示宏观的气温变化和火山喷发在一年乃至更长时期内的威力，但它不足以表述不同地区间不同的气候回应以及伴随而来的灾害。比如说，年平均气温下降0.5℃，在某些年份或者某个时期内看起来相当正常不过；霜降或者寒流导致的短期内（几天到一周）气温急剧下降虽然对于全年平均温度影响甚微，但对于生长季的农作物则是致命威胁。而这正是1816年北美东北部新英格兰地区所发生的情况。由于当年温暖的二月、十月、十一月和十二月，从而气温平均起来掩盖了寒冷的夏季，1816年新英格兰地区平均温度只比正常年份低了一丁点，但这年夏天新英格兰经历了三次寒流，分别发生在六月、七月和八月，对于农作物而言是致命的打击。

综合上述，英格兰地区的1816年令人难忘，不是因为本年的平均气温特别低，也不是因为每个月的气温都偏低，而是因为次年夏天的三个月以及前后另外两个月异常寒冷， 尤其是因为本地夏季数月的非同寻常的低温。须知，严重霜冻和没有霜冻在夏季造成的最低气温差别虽然只有几度之别，但后果截然不同。

汤加火山爆发会导致全球变冷吗？

大家最关心的问题当然还是这次汤加火山爆发会不会形成火山气候，并导致今后两三年内气候变冷呢？

根据火山气候形成的机制，我们先看看汤加火山的爆发指数。首先，根据报道，汤加火山爆发指数为5级，位于5级的下限。坦博拉火山的爆发指数为7，则理论上汤加火山爆发的威力不过是坦博拉火山的1%，根本无法相提并论。第二，汤加火山爆发的时间短，这就意味着这次喷发释放的火山物质，无论是熔岩、火山气体还是岩石碎屑都相对较少。第三，洪阿哈阿帕伊岛火山的中心位于海平面以下约150米至300米处。喷涌而出的炙热熔岩与覆盖在火山口的冰冷海水发生剧烈反应，因此喷发出来的熔岩会相对很少。爆炸的能量很大比率被海水吸收，这或许是为什么万里之遥的夏威夷都可以观察到一米的海啸。

综合上述，笔者认为，汤加火山爆发导致今年下半年变冷的可能性很小。除非此火山还有后续大规模爆发，我们对此不必担忧。相反，国际社会对汤加的救助反而是当务之急。火山气候是火山爆发的一个相对中长期的后果。火山爆发的一个直接后果，便是对在火山附近生活的社区造成直接的、不可逆的严重恶果，包括生命和财产的丧失以及整个居住环境的剧变。汤加火山爆发，离开汤加首都约65公里，已经造成人员伤亡，我们迫切期望国际社会予以第一时间的关注和救助。

（杨斌，澳门大学历史系教授）

责任编辑：朱郑勇 图片编辑：乐浴峰

校对：刘威