劇烈噴發產生的灰白色氣體和火山灰，形成一朵超級巨大的蘑菇雲，猶如一朵“死亡之花”在太空中慢慢盛開；清晰可見的環狀衝擊波向四周擴散，激烈波動的海水引發跨洋海嘯——多國衛星拍攝到的湯加火山噴發場景，令人震撼而揪心。
▲這是中國氣象局提供的1月15日風雲三號E星多通道合成圖。圖中顯示，湯加火山噴發時形成的火山灰蘑菇雲紋理結構清晰可見，形成直徑近500公里的傘形雲團，傘形雲團周邊出現環狀的衝擊波，向四周擴散。新華社發（中國氣象局供圖）
湯加火山噴發給當地人民帶來了巨大災難，目前搜救工作舉世關心。這次火山噴發為何如此猛烈？
湯加火山位於環太平洋“火環”
環太平洋“火環”（Pacific Ring of Fire）又稱環太平洋火山地震帶，是一個圍繞太平洋頻繁發生地震和火山爆發的地區，全長約4萬公里，呈馬蹄形。全球90%的地震、81%的大地震以及75%的火山噴發都發生在環太平洋“火環”。
據中國科學院南海海洋研究所張錦昌、邱強、楊曉東、周志遠等科研人員介紹，湯加火山位於環太平洋“火環”的西南端。由於活躍的板塊運動，導致該區的地質結構複雜，火山和地震災害頻發。但同樣位於環太平洋“火環”上，為什麼夏威夷火山平靜溫和，而湯加火山性烈如火？
張錦昌解釋說，這是因為兩種火山屬於不同類型的海底火山。海底火山大致可以分成洋脊火山、海溝火山、洋盆火山三種類型。
洋脊火山形成於大洋中脊，是大洋板塊擴張的邊界，也是海洋地殼增生的地方。這類型火山沿着大洋中脊走向噴發，構成一條條綿長的山脈。
海溝火山形成於海溝，是板塊匯聚的邊界，也是海洋地殼俯衝消亡的地方。這類型火山沿着海溝分佈，呈現出弧狀的火山島弧，例如印尼的喀拉喀托火山。
洋盆火山形成於大洋盆地內，屬於大洋板塊內部的火山，是地幔熱點噴發岩漿的地方，主要包括海底火山鏈、平頂海山、洋底高原等，例如美國夏威夷的冒納羅亞火山。
“夏威夷火山和湯加火山都是活火山，時不時就噴發一次，但兩座火山的類型不同。夏威夷是洋盆火山，湯加是海溝火山。由於不同的地質成因，夏威夷火山動力學上較弱，物質能量相對小，所以溫和一些。”張錦昌說。
對全球影響尚待觀察和研究
湯加火山噴發時產生的巨型“蘑菇雲”令人觸目驚心。
據張錦昌介紹，這是因為海底火山噴發會產生大量的氣體，主要是來自地球深部的水蒸氣、二氧化碳、二氧化硫及一些揮發性物質，還有大量火山碎屑物質及熾熱的熔岩噴出，在空中冷凝為火山灰、火山彈以及火山碎屑。
海底火山噴發對水圈、生物圈、大氣圈等多圈層的環境，無疑都會造成巨大影響。據悉，印尼蘇門答臘島的多巴火山，在最近一次噴發中，硫化物與空氣中的水分子結合后形成酸雨，導致植被遭到大量破壞。高溫、含有毒物質的火山灰大面積降落在周邊地區，造成了大規模人和動物傷亡。
另外，火山灰進入並停留在大氣圈中的平流層，火山灰中的物質會反射陽光，導致進入地表的陽光減少，造成大範圍的降溫。同時，火山噴發的顆粒物落入廣闊的海洋，為海洋藻類提供了肥料，促進了海藻的生長，增強了它們對二氧化碳這個溫室氣體的吸收，也可以給地球降溫。
“然而，火山噴發將原本埋藏在地球深部的二氧化碳釋放出來，是給地球升溫的。但火山噴發在時間和空間上究竟給全球帶來什麼樣的氣候變化，還有待持續的科學觀測和進一步的研究。”張錦昌說。
據美國地質調查局估計，此次火山噴發的能量，相當於5.8級地震，然而卻產生了超乎想象的越洋海嘯。目前海嘯產生的具體機制不清晰，很可能是由於火山噴發導致火山山體大面積垮塌，再加上激波的雙重效應，產生了越洋海嘯。
“俯衝帶加工廠”
環太平洋為什麼會有一個“火環”？因為這片區域位於太平洋板塊與歐亞板塊、澳大利亞板塊和美洲板塊匯聚的區域，是地球上的“俯衝帶加工廠”。
俯衝帶，是指大洋板塊俯衝於大陸板塊之下的構造帶，這裡是地球表面物質和深部物質匯合、能量交換的地方。
據同濟大學海洋與地球科學學院汪品先院士在《地球系統與演變》書中介紹，當大洋板塊俯衝的時候，就會將沉積岩、玄武岩和海水一起帶進地幔深處。隨着俯衝深度的增加，俯衝板片不斷發生變質、脫水。最終，當俯衝板片到了80公里的深處，角閃石發生分解，釋放出水分和其他揮發性物質，降低了地幔固相線，使得地幔熔融、岩漿上涌，通過火山噴發和岩漿活動，沿着俯衝帶形成火山弧。
具體來說有兩種情況：如果大洋板塊俯衝到大陸板塊之下，形成的是大陸弧，比如北美西岸的卡斯凱迪亞山脈、南美西岸的安第斯山脈；如果俯衝帶發生在大洋內部，大洋板塊向大洋板塊俯衝，形成的是大洋弧，比如西太平洋綿延2800公里的伊豆-小笠原-馬里亞納島弧。
在這裡，太平洋板塊殘存的古老洋殼，因為溫度低、水深大，俯衝到年輕的菲律賓板塊之下，形成了地球上最深的海溝——水深近11000米的馬里亞納海溝。當太平洋板塊向西俯衝到澳大利亞板塊之下，就形成了地球上第二深淵——水深近10800米的湯加海溝。
如果把俯衝帶比喻為一個工廠，原料就是洋殼和大洋沉積，產品就是岩漿和陸殼，生產過程產生的廢品，就是經過脫水和熔融過程后俯衝到地幔深處的板片。科學家通過深入分析火山噴發產生的物質的地球化學指標，可以進一步了解“俯衝帶加工廠”深部的生產過程。
真切認識環太平洋“火環”
與湯加一樣，位於環太平洋“火環”上的太平洋島國巴布亞新幾內亞，境內也多火山。距離新不列顛海溝最近的城市拉包爾，附近就有多座活火山。
1994年，當地一座名為Tavurvur的活火山在沉寂了半個多世紀后噴發，大量的火山灰和炙熱的氣體，瞬間毀掉了拉包爾整座城市80%的建築。20年後，這座生命力旺盛的活火山再次噴發，大量的石頭和火山灰被噴到距離海平面18公里的高空，曾迫使多個航班繞道。
2015年7月，記者曾跟隨上海“彩虹魚”項目科考團隊前往拉包爾，乘坐“蘭金”號停泊在Tavurvur火山腳下的海面上。遠遠看去，這座火山非常醒目。因為周圍的山峰都是蔥翠的，只有它是黑黢黢的，火山口不停地冒着白煙。晨昏之際，火山口還點綴了朵朵白雲。
拉包爾設立了專門的火山監測站。當地監測員詳細介紹了火山成因和監測設備。為進一步了解火山，“蘭金”號船長還帶領考察隊員爬到火山口實地察看。
從“蘭金”號乘坐小艇來到火山腳下，黝黑細膩的火山泥鋪滿了海灘，有的地方還冒着熱氣，腳底彷彿踩在了“地熱墊”上，燙得不能在一個地方久站，但海水卻是溫暖而清澈。
火山噴出的多種物質冷卻后，亂七八糟地堆在了火山上。從山腳向上攀登，彷彿在攀登一個巨大的亂石堆，沒有任何山路可走。剛剛噴發不久的火山，散發著濃烈的硫磺味。有的山體縫隙里還冒着熱氣，石頭摸上去還在發燙；有的岩漿噴出來后還沒有形成石頭，只在外面包裹了一層硬殼，裡面是軟軟的一大坨物質；有的物質形成的石頭比鐵還堅硬，稜角比刀子還鋒利。海拔700多米的火山，我們迂迴曲折地艱難攀登了兩個多小時，終於登上了火山口。
黑色的火山口好像一口凹下去的圓形大鍋。站在大鍋的邊緣往下看，鍋里深不見底、熱氣騰騰。巨大的石頭裂縫裡都冒着白色的熱氣，時大時小，硫磺味撲鼻而來，裂縫周圍的石頭顏色明顯不同。親眼目睹火山口，讓考察隊員對太平洋“火環”有了更真切的認識。
然而，地球自身的修復能力也令人驚嘆。2016年8月，當記者乘坐“張謇”號科考船再次來到拉包爾，這座火山已經停止了冒煙，黝黑的身軀已變得柔和安靜，在周圍山脈之間已不再顯得那麼突兀。
目前，“性烈如火”的湯加火山噴發，表明該地火山口已經蘇醒，噴發活躍期可能持續數周甚至數年，尚不清楚是否達峰值，更不知何時才能安靜下來。如果再度噴發，湯加有可能遭到海嘯、暴雨、洪水和強風等“災害鏈”的破壞性侵襲。專家呼籲國際社會加強對湯加受災人民的援助，同時加強監測，做好迎戰更多“災害鏈”的準備。