近期
全球多地火山活动活跃
夏威夷冒纳罗亚火山、
印尼塞梅鲁火山、
意大利斯特龙博利火山
相继喷发
当地时间12月10日
位于危地马拉首都危地马拉城西南的
富埃戈火山开始喷发
火山熔岩蔓延约800米
火山喷发图景 图/新华网
火山爆发受哪些因素控制？
跟气候变化有关吗？
喷发后气候变暖还是变冷？
与农业有何关系？
我们一起看看~
01“魔盒”揭开之手
火山喷发是地球释放内部能量的一种方式。据了解，全球约有1500座活火山，有史以来记录的火山喷发约600座。几千年来，火山灾害已经夺走了很多人的生命。
火山系统是复杂和动态的。中国地质大学地球科学学院教授马昌前表示，触发火山喷发的内部原因主要与岩浆体内部的浮力增加和流动性的过程有关。岩浆储库含有足够多的热和具有流动性的岩浆，能为岩浆提供足够的能量到达地表，也为火山喷发提供物质。在储库积累过程中，就有可能增加岩浆系统的热和流动性，促进内部超压。
12月1日，在美国夏威夷拍摄的喷发中的冒纳罗亚火山。图/新华网
外部原因方面，地球表层环境和气候变化或许是影响和触发火山喷发的“罪魁祸首”。当大量冰川融化后，原先冰川施加给岩浆、地壳板块的压力会减轻或转移，从而导致它们变得不稳定。
在活火山区，大规模的冰川融化会加剧火山活动。比如在冰岛，与较早的寒冷冰期相比，末次冰期结束后的平均喷发率高达100倍，即冰盖较厚时，火山喷发较少，因为1000～3000米的冰层厚度就会使冰覆盖的火山延迟数年至数十年才喷发。
FY-4B静止气象卫星洪阿哈阿帕伊岛火山灰云扩散过程监测（2022年1月15日15时45分至21时 汤加时）
同时，海平面降低、潮汐应力变化或降水量变化等，都可能成为引爆火山喷发的“导火索”。有研究发现，世界范围内的火山喷发在北半球冬季时要比夏季多20％，原因可能是进入北半球冬季时全球海平面略有下降。虽然海平面下降时会出现一些火山喷发现象，但是这并不一定意味着气候变化所导致的海平面上升会抑制火山活动。
此外，降雨量的变化也能引起火山喷发。2001年，加勒比海蒙特塞拉特（Montserrat）岛的Soufrière火山喷发，大雨是主要原因。大雨破坏了Soufrière火山穹丘的稳定性，致其坍塌，然后大量岩浆被释放出来。
火山喷发出的气体改变了地球的大气层，其中的温室气体还可能引发过度的温室效应和全球变暖，并导致海洋循环减慢、缺氧和海水酸化等，也可能会产生火山冬天。
02地球的“降温剂”？
距今约7.5万年以前，印尼苏门答腊岛的托巴 （Toba） 超级火山爆发，达到超大规模的8级 （火山爆发指数），据估计喷发出了2800立方千米的物质。火山灰的沉积范围向西一直到印度次大陆和阿拉伯海，向东北方向到达1500～1800公里的中国南海。
随之而来的是全球长达6～10年的火山冬天。根据科学家的估测，这期间全球平均温度降低超过5℃，在中高纬度降温甚至超过10℃，而全球范围内最大降温或达到15℃。这次火山爆发对气候和人类的影响之大，不禁让我们想知道火山喷发到底是如何影响气候的？
12月4日，在印度尼西亚东爪哇省卢马姜拍摄的正在喷发的塞梅鲁火山。图/新华社
直观看，火山喷发会产生大量的火山灰，但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，这些矿物颗粒物质会在火山喷发点周围逐渐沉降。真正影响气候的是含硫气体，包括二氧化硫和硫化氢等。
火山喷发将含硫气体喷入平流层，经过化学反应后形成硫酸盐气溶胶。平流层环流非常稳定，空气以水平运动为主。在平流层的“帮助”下，局地火山喷发形成的气溶胶会弥漫至全球。
这些气溶胶可在平流层中停留数年之久，它们会阻挡太阳辐射，帮助地球将更多的阳光反射出去，在大气层内产生冷却效应，就像给地球打了一把“遮阳伞”，从而导致全球平均温度下降，这也被称为“遮阳伞”效应。
显然，火山喷发对全球气候影响的大小与进入平流层的硫酸盐气溶胶的质量有关。自1950年以来有3次大规模低纬度火山喷发：1963年阿贡火山喷发、1982年埃尔奇琼火山喷发、1991年皮纳图博火山喷发，大约有几百万吨甚至几千万吨二氧化硫进入平流层。这三次火山喷发均造成了之后1～2年的全球气候异常。
平流层注入示意图
此外，火山喷发还可能引发厄尔尼诺事件，以此影响全球气候。有研究发现，火山爆发会增加厄尔尼诺事件发生的可能性，同时也跟火山爆发前的海洋状态有关。另外火山爆发所处的地理位置也是影响厄尔尼诺事件的重要因素。然而，目前有关这方面的研究尚存在很多争议，需要进一步研究。
火山喷发既然能给地球降温，那么其能否抵消全球增暖趋势呢？历史记录表明，单一火山事件的喷发，其直接影响气候的时间一般持续1～2年，因此不足以改变全球长期增温趋势。但如果在一定时期内，火山爆发频率集中增加或者减少，则足以造成这个时期的气候异常。例如，关于中世纪暖期（900—1300年）小冰期（1550—1850年）的成因，一般认为前者是由于火山爆发的频率较低，后者则是因为火山爆发的频率较高，此外太阳辐照度的变化也有影响。
除了给全球降温外，火山喷发还能够给世界很多地区带来显著的降雨变化。在历史上，多次高强度大范围干旱事件均与火山喷发存在联系。火山喷发后，由于地表温度降低，造成水汽减少，因此从全球平均来看，降雨是减少的。
03农业的“双刃剑”
在许多人眼中，火山有着地球上最富毁灭性的力量，但死气沉沉之下亦有生机，对农业来说尤其是如此。
火山喷发与农业减产之间的因果关系有理有据。1815年4月15日，坦博拉火山爆发，次年全球气温平均下降0.53℃，史称“无夏之年”，欧洲、北美、亚洲均出现大面积作物歉收和饥荒。1991年6月15日，菲律宾皮纳图博火山喷发，使北半球平均气温下降约0.50℃～0.60℃，全球气温下降约0.40℃，导致美国多种作物产量下降……
这些可怕的结果不是一蹴而就的。一般来说，火山爆发达到一定强度，就天然给影响范围内的农业生产压上了三座“大山”。
第一座山叫“火”。拥有极高温度的熔岩流在地表，所到之处，寸草不生，更不用说庄稼了，这是最直观也是最酷烈的影响。
第二座山叫“灰”。虽然叫“灰”，火山灰却绝不是轻飘飘的尘埃，而是岩浆中诞生的数量庞大的火山碎屑物。几十厘米的火山灰就能压塌一栋建筑，而对于处于灌浆时期的农作物来说，哪怕是覆上0.1毫米都会导致绝收。
第三座山叫“气”。火山喷出高浓度聚集的二氧化碳气体可能会使农作物和牲畜窒息死亡，更可怕的是，其喷发释放的二氧化硫气体上升进入平流层，形成的硫酸盐气溶胶可在平流层中存留数年之久，通过散射和吸收太阳辐射影响全球气候变化。此外，二氧化硫气体还可能在火山的下风区域形成酸雨，导致作物减产。
当然，若是把时间尺度再拉长一些，数年、数十年甚至数百年后再看，火山灰将沉降、分解形成肥沃土壤，含有大量农作物需要的磷、钾等成分。大洋深处喷出的火山熔岩开疆拓土，冷却形成坚硬的岩石，又不断堆砌最终露出海面成为岛屿。伴随着活跃的火山而生的大量热水及热气蕴藏于地下，为水产养殖、农用温室等提供源源不断的热能。
埃特纳火山脚下的葡萄园
在欧洲，维苏威火山地区盛产葡萄，酿出的红酒回味悠长；在我国，昌乐、涠洲岛等地依托火山土壤种出的西瓜、香蕉等作物品质优异；在冰岛，地热滋养了绿色温室，生产的西红柿、黄瓜可满足国内70％的市场需求……
可见
强烈的火山喷发会造成气候灾害
但也并非全无益处
然而目前
人类对火山与气候关系的认识
还存在很多未解之谜
因此
我们需要加强科学研究
真正做到趋利避害
中国气象报社 出品
作者：中国气象报全媒体记者罗澜 吴初桐 叶奕宏
专家：中国地质大学地球科学学院教授马昌前、中国科学院大气物理研究所博士后左萌、中国科学院大气物理研究所研究员周天军、中国科学院西北生态环境资源研究院研究员李传金
来源： 中国气象
