分析显示汤加火山爆发引发了有史以来最高记录的火山烟羽

来源：cnBeta 　2022-11-07 22:37:17

由牛津大学研究人员领导的一项新的分析表明，2022年1月毁灭性的亨加-汤加-亨加-哈帕伊火山爆发创造了有记录以来最高的火山烟羽。在57公里高（35英里）的地方，喷发产生的火山灰云也是第一次在中间层被观察到，中间层是大气中比较常见的与流星有关的高度层。

(资料图)

汤加火山爆发高度图，一个动画显示了利用三颗气象卫星的数据计算出的喷发高度。资料来源：Simeon Schmauß/日本气象厅/韩国气象局/国家海洋和大气管理局

利用卫星拍摄的图像，研究人员已经证实，2022年1月亨加-汤加-亨加-哈派火山的喷发产生了有史以来最高的烟羽记录。这次巨大的喷发也是第一次被直接观察到突破了大气层的中间层。由牛津大学物理系和RAL空间公司的科学家组成的团队的研究结果于11月3日发表在《科学》杂志上。

2022年1月15日，位于南太平洋汤加群岛的海底火山Hunga Tonga-Hunga Haʻapai猛烈喷发。这次爆炸是有史以来观察到的最强大的爆炸之一，向全世界发出冲击波，并引发了毁灭性的海啸，使成千上万的人无家可归。一股高耸的火山灰和水柱被喷入大气层--但直到现在，科学家们还缺乏一种精确的方法来测量这到底有多高。

日本的Himawari-8卫星看到的整个地球盘，火山喷发在右下方。资料来源：Simon Proud / 牛津大学，RALSpace NCEO / 日本气象厅

通常情况下，火山烟羽的高度可以通过测量基于红外线的卫星在顶部记录的温度，并将其与参考垂直温度曲线进行比较来估计。这是因为在对流层（地球大气的第一层和最低层），温度随着高度的增加而降低。但是，如果喷发非常大，以至于羽流渗透到大气层的下一层（平流层），这种方法就会变得模糊不清，因为温度又开始随高度增加（由于臭氧层吸收了太阳紫外线辐射）。

为了克服这个问题，研究人员使用了一种基于"视差效应"现象的新方法。这是从多条视线看一个物体的位置的明显差异。你可以通过闭上你的右眼，伸出一只手，大拇指向上举起，自己就可以看到这一点。如果你换一下眼睛，让你的左眼闭上，右眼睁开，你的拇指就会在背景中出现轻微移动。通过测量这种明显的位置变化，并将其与已知的两眼之间的距离相结合，你就可以计算出与拇指的距离。

日本的Himawari-8卫星在2022年1月15日04:10 UTC拍摄的喷发放大图，大约在喷发开始后10分钟资料来源：Simon Proud / 牛津大学，RALSpace NCEO / 日本气象厅

汤加火山的位置被三颗静止气象卫星所覆盖，因此研究人员能够将视差效应应用于这些卫星拍摄的空中图像。最重要的是，在火山爆发期间，卫星每10分钟记录一次图像，从而能够记录下烟羽轨迹的快速变化。

结果显示，烟羽在其最高范围内达到了57公里（35英里）的高度。这明显高于之前的记录保持者：1991年菲律宾皮纳图博火山的爆发（最高点40公里/25英里），以及1982年墨西哥El Chichón火山的爆发（31公里/19英里）。这也使得该羽流成为火山喷发通过平流层直接注入中层的第一个观测证据，中层开始于地球表面以上约50公里（31英里）。

日本的Himawari-8卫星在2022年1月15日04:50 UTC拍摄的喷发放大图，大约在喷发开始后50分钟。资料来源：Simon Proud/牛津大学，RALSpace NCEO/日本气象厅

"这是我们有史以来第一次记录到火山烟羽到达中间层的情况。19世纪的喀拉喀托火山可能也是如此，但我们没有看到足够的细节来确认，"牛津大学国家地球观测中心和科技设施委员会RAL空间设施的高级科学家Simon Proud博士说。

"这是一个非凡的结果，因为我们以前从未见过这么高的任何类型的云，"Proud补充说。"此外，以我们所做的方式（使用视差法）来估计高度的能力只有在我们有良好的卫星覆盖的情况下才有可能。这在十多年前是不可能的。"

日本的Himawari-8卫星在2022年1月15日05:40 UTC拍摄的喷发放大图，喷发开始后约100分钟。资料来源：Simon Proud/牛津大学，RALSpace NCEO/日本气象厅

牛津大学的研究人员现在打算构建一个自动系统，用视差法计算火山烟羽的高度。

大气、海洋和行星物理学分系的合著者Andrew Prata博士补充说："我们还想把这项技术应用于其他火山爆发，并开发一个羽流高度的数据集，供火山学家和大气科学家用来模拟火山灰在大气中的散布。我们想了解的进一步的科学问题是。为什么汤加羽流会升得这么高？这次喷发将对气候产生什么影响？以及该羽流究竟是由什么组成的？"

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