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单石墨炉原子吸收分光光度计

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羊葛莉nba凯尔特人队汤加火山爆发将导致“无夏之年”?

产品时间:2022-08-10 13:26

简要描述:

  近期南汤加海域火山爆发,尽管这是本世纪迄今为止最大的火山爆发,然而与引起1816年“无夏之年”的坦博拉火山爆发相比,量级依然差距巨大,如果后期没有更强的爆发,此次火...

详细介绍

  近期南汤加海域火山爆发,尽管这是本世纪迄今为止最大的火山爆发,然而与引起1816年“无夏之年”的坦博拉火山爆发相比,量级依然差距巨大,如果后期没有更强的爆发,此次火山爆发对全球气候的影响非常有限,不可能引起“无夏之年”。

  一、汤加火山爆发

  2022年1月15日12时20分左右(北京时间),南太平洋岛国汤加海域(20.536°S, 175.382°W)发生大规模火山爆发,卫星探测结果表明,火山灰最高冲至约28千米高空,卫星云图上甚至可见爆发而上的蘑菇云。一时之间,全球媒体纷纷报道,国内某些营销号也迅速跟进发出2022年将是“无夏之年”的文章,这次火山真的会引起这么强的气候效应么?

  此次火山确实在全球引起巨大的影响,在海洋和大气引起较强的冲击波,环太平洋地区均发布了海啸预警,新西兰、澳大利亚和万里之遥的日本、美国西海岸等地都观测到了明显的涨潮,万里之遥的我国、美国西部和南美洲等地都观测到了气压的小幅波动。

汤加火山爆发后的大气波动,GOES-17卫星红外辐射图,图片来自于Mathew

  汤加火山爆发后的大气波动,GOES-17卫星红外辐射图,图片来自于Mathew Barlow

汤加火山爆发后的大气波动,

  汤加火山爆发后的大气波动, EUMETSAT卫星红外辐射图,图片来自于Mathew Barlow

  受影响最严重的主要是火山爆发当地,火山爆发引起的火积云直冲云霄,摩擦引起强烈的闪电,海啸袭击汤加、斐济、瓦努阿图等地,汤加海底电缆断裂,和外界的所有联系中断,整个国家在互联网世界中消失。巨大爆炸的声音甚至传到800公里外的斐济和2000公里外的新西兰北岛。

  此次是一座海底火山爆发,位于活跃的汤加-克马德克群岛火山弧上,过去100年,此处经历过多次海底火山爆发,火山喷发使得岛屿高度多次变化,2014年上一次火山喷发形成一个新岛,此次喷发之后,新岛从海面上消失。

  二、火山爆发如何影响气候?

  火山大爆发对当地可造成毁灭性影响,例如公元79年,意大利南部那不勒斯湾东海岸维苏威火山大爆发,火山灰和火山砾瞬间淹没了繁华的庞贝城和斯塔比伊城。

  火山大爆发还对地球气候有重要影响,大的火山爆发甚至能影响气候的走向。例如距今约7.5万年(~75000±900)以前,印尼苏门答腊岛的托巴(Toba)超级火山爆发,这次火山爆发达到了超大规模的8级(火山爆发指数),据估计喷发出了2800立方千米的物质。地质资料分析,火山灰的沉积范围向西一直到印度次大陆和阿拉伯海,向东北方向直到~1500-1800公里的中国南海。

  科学家估计Toba火山爆发后形成了全球长达6-10年的火山冬天,期间全球平均温度降低超过5度,在中高纬度降温甚至超过10度,火山专家美国罗格斯大学新伯朗士威分校Alan Robock教授的数值模拟研究表明,最大的全球降温可能达到15度。在格陵兰岛的冰芯资料里发现了此次火山的沉降物,随之有长达千年的低温期(δ18O含量偏低),有研究(Ambrose, 1998; Rampino, 2002)认为此次超强火山爆发甚至改变了地球上各种生命的进程,甚至使得北半球四分之三的植物死亡,当时地球人类数量可能降低到了有史以来最低值(全球人口数降低到1万-3万),人类演化差点被推到了灭绝的边缘。尽管关于此次火山对人类数目的影响依然还有争议,但是各研究都承认此次超强火山确实对气候造成了严重的影响。

  火山影响气候并不是通过火山灰,因为火山灰是比较大的颗粒,很快就会通过干和湿过程沉降,主要是通过火山喷发的二氧化硫,火山喷发的二氧化硫气体直达平流层,在较短时间(一两个月)即会形成硫酸气溶胶,随着平流层环流输送到全球各处,由于平流层环流稳定,所以硫酸会持续更长的时间(一年以上),通过阻挡太阳辐射,引起近地面温度降低。

  强的火山活动一般会有较为长期的影响,主要是通过进一步影响高纬度地区的冰雪面积,从而触发冰雪反照率-辐射的正反馈机制,或者通过影响植被状况,引起光合作用量的变化,从而形成更强和更长期的影响。

火山喷发形成的平流层硫酸盐气溶胶的辐射效应(图片来源:COMET计划)

  火山喷发形成的平流层硫酸盐气溶胶的辐射效应(图片来源:COMET计划)

  三、历史上真正的无夏之年

  历史上的“无夏之年”特指1816年,当年全球温度异常偏低,欧美称其为 “无夏之年(the year without summer)”,历史记载:

  6月6日,在纽约Albany和Dennysville,依然有降雪。

  7月和8月,宾夕法尼亚州西北地区湖里和河里依然有冰块。

  8月20和21日,向南到弗吉尼亚地区秋天的霜冻已经到来。

  在纽约郊区的震教徒(shakers)教区,一个叫做Nicholas Bennet的人记载那年5月份,山上光秃秃的和冬天一样,五月份每天温度还会降到冰点以下。6月9日地面还是冻结状态,6月12日,震教徒们不得不重新种植被霜冻的植物,7月7日依然很冷,所有作物都停止生长,8月23日,重新出现霜冻。

  欧洲也差不多,寒冷使得当年作物收成基本无望,从英国、爱尔兰、威尔士到德国,四处都是受灾的难民和乞丐,食品价格飙涨,1815年一蒲式耳燕麦价格折合现在约为1.55美元,到1816年飙升到12.85美元。示威、骚乱、纵火和打劫猖獗,当年成为19世纪欧洲最差的荒年。这一灾难的肇事者是1815年东南亚的坦博拉(Tambora)火山爆发,火山在东南亚造成71000多人死亡,其中11000-12000人是直接因为火山爆发造成的,其余人则是死于饥荒和疾病。而万里之遥的欧洲,饥荒造成超过20万死亡。

估算的1816年欧洲温度异常,比气候平均态低3度以上。

  估算的1816年欧洲温度异常,比气候平均态低3度以上。

  坦博拉火山位于印度尼西亚松巴哇岛上,1815年4月5日-15日爆发达到创纪录的VEI 7级(火山爆发指数),据记载这次火山爆发前坦博拉火山高度为4100米,火山爆发之后只剩下2850米,形成直径达6000多米,深700米的巨大火山口,这次火山灰柱高度达到45公里(到平流层高层),大气中火山灰随风飘,150公里之外火山灰有1米厚,300公里之外有25厘米,到了1000公里之外还有5厘米的火山灰,火山灰完全遮蔽了天空,记载一周之后距火山几百千米以外的瓜哇岛,依然天空黑得几乎伸手不见五指。

  火山爆发的影响可达万里之外,人们不仅可以感受得到温度的变化,而且可以肉眼可见。当火山的硫酸盐气溶胶笼罩整个平流层的时候,天空的朝霞和晚霞异常漂亮,这被称作dry fog。因为火山气溶胶在平流层,因此不受对流层天气的影响。英国著名风景画家透纳(Joseph Mallord William Turner)画下了他眼中的天空,他的画充满着灵动,他说自己的画作只是真实的记录下景色的样子,“I did not paint it to be understood, but I wished to show what such a scene was like”

  以下两幅画一幅是有火山气溶胶影响的(上图),天空是橙色和红色的,另一幅是没有火山的正常晚霞(下图),蓝色的天空终于露出了笑脸,喜欢看晚霞的人在1816年看了整整一年的红色天空,他们一定会万分想念蓝色。

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  画作The Chichester Canal (1928),反映了火山气溶胶影响下的天空。

画作The

  画作The Harbor of Dieppe (1826),正常的晚霞

  四、让火山喷一会

  火山能否对全球气候造成影响与火山爆发持续时间、造成经济和人员损失、声响大小等并不直接关联,主要和火山爆发进入平流层的硫酸盐量有关。在20世纪最主要的几次火山爆发中,1963年的阿贡火山爆发约800万吨二氧化硫进入平流层,1982年爆发的埃尔奇琼火山喷发了约700万吨二氧化硫进入平流层,而1991年的Pinatubo火山爆发,有大约2000万吨二氧化硫进入平流层,这三次火山爆发都在全球温度序列里留下了印记,降温幅度分别为约-0.2°C、约-0.2°C和约-0.5°C,持续时间为1-2年。

  目前评估火山爆发强度一般用火山爆发指数(VEI)来衡量,数值越大,火山爆发越强。火山爆发指数(VEI)是基于喷发物总质量与喷发柱高度来判断,总体上和火山爆发能量一致。VEI数值每增大1,其喷发的体积增大10倍。由于火山爆发指数(VEI)并不是根据进入平流层的硫酸盐量来判断,因此并不能完全反映其气候影响,尽管一般来说VEI数值越大,喷发进入平流层的二氧化硫越多,但是根据火山爆发方式、喷出物质、火山爆发位置、火山爆发时天气情况的不同,能进入到平流层的二氧化硫经常有巨大的差别。例如1980年5月18日美国圣海伦火山爆发,火山爆发的轰鸣声几乎响彻美国1/3国土面积,这是一次VEI 5级强度的火山爆发,造成57人死亡,然而这次火山爆发进入平流层的二氧化硫量仅为约100万吨左右,其对全球气温的影响微不足道,在全球平均的温度序列里根本检测不出,而同是VEI 5级火山的埃尔奇琼火山则喷发了约700万吨二氧化硫进入平流层,导致全球温度降低约0.2°C。因此,以笔者判断,火山爆发要对全球平均气温造成可观测和识别的影响,其喷发进入平流层的二氧化硫量至少需要达到200万吨以上。

  火山爆发一般会持续比较长的时间,例如1991年Pinatubo火山从当年3月开始活跃起来,到当年6月15日产生最强的爆发,后续一直持续到1992年7月才慢慢平静下来。本次汤加的火山活动从2021年12月底开始,目前还处于活跃状态,因此后续是否还会有更大规模的爆发,还需要进一步监测。

  从最新卫星监测数据来看,此次汤加附近海域的海底火山爆发火山灰最高达到约28km,这已经到了平流层的中下层,因此评级为5级左右比较合适,之前对进入平流层的二氧化硫的估算量为约5万吨,而根据Sentinel5P/TROPOMI的对进入平流层的二氧化硫的估算,大概有40万吨二氧化硫进入平流层,总体而言,这一数值距离可以对全球气候有所影响,还有非常大的差距,因此,如果这个火山后期没有更大规模的喷发,我们可以判断,此次火山活动暂无可能影响全球温度。

  值得注意的是,大规模火山爆发的气候影响不仅仅局限于全球温度,也会对热带海温分布(ENSO)状态有所影响,还可能通过遥相关产生其他的环流影响,这还需要进一步深入的评估。


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