湯加火山爆發的驚人力量震驚了世界，但對於使用衛星數據研究地球表面以下深處溫度變化的地球科學家來說，這座水下火山實際爆發的事實卻不那麼令人驚訝。
據報道，Hunga Tonga-Hunga Ha‘apai 火山在1月發生的災難性爆炸是30年來地球上任何地方有記錄的最大爆發。它使火山灰飛向天空，使島國湯加被火山灰所籠罩，遠在阿拉斯加的人都聽到了音爆聲，海嘯席捲太平洋。
雖然湯加火山爆發的威力很大，但時間很短，而去年西班牙加那利島拉帕爾馬的 Cumbre Vieja 火山爆發的爆炸性較小，但持續了近三個月。
雖然不同，但最近的這兩次噴發都提醒人們，大自然的破壞力有多大。更好地了解發生在我們腳下深處的自然過程，可能會使預測火山爆發的可能性更近一步。
這是歐空局科學為社會服務3D地球項目的目標之一，在該項目中，一個國際地質科學家小組聯合開發了一個最先進的岩石圈全球模型，岩石圈是一個描述地球脆性地殼、上層地幔的頂部部分和下至400公里深處的岩石圈下層地幔的術語。該模型結合了不同的衛星數據，如來自歐空局GOCE的重力數據，以及原地觀測，主要是地震斷層成像。
在他們顯示地球上層地幔的溫度差異或熱結構的模型中，研究人員可以看到，這些火山將在某個時候爆發。然而，預測這到底什麼時候會發生，則比較困難。
馬德里康普頓斯大學的Javier Fullea說：“我們的WINTERC-G模型，使用原地斷層掃描和GOCE衛星重力數據，顯示了亞速爾群島羽流的一個分支。從地表到400公里深處，在上層地幔的底部都可以看到它。該羽流向東南方向流向馬德拉和加那利群島，圍繞着北大西洋非洲邊緣下面的冷地幔。”
“在全球範圍內，我們看到Hunga Tonga火山位於后弧盆地中，由湯加板塊的俯衝形成。后弧火山與冷板塊被地幔融化有關，因為板塊向下滑入地幔。”
來自英國劍橋大學的Sergei Lebedev補充說：“從這樣的模型和地震斷層掃描中，我們看到結構從加那利群島下面很深的地方上升。這些異常反映了上升到地球表面的熱物質，被稱為熱點或羽流，是地表火山的一個持續來源。”
“ Hunga Tonga-Hunga Ha‘apai 火山的起源是不同的。它是Tonga–Kermadec弧的一部分，太平洋構造板塊的邊緣俯衝到澳大利亞板塊之下。在這裡，我們的成像顯示了在俯衝的太平洋板塊上方的水化、部分熔化的岩石層，它為弧形火山提供了能量。”
但是，這些熱異常是從哪裡來的？答案就在更深的地方，在大約2800公里的深度，並且與地核-地幔邊界的結構有關：大-低剪切波速度區（LLSVPs）。這些突出的大陸大小的結構似乎對地表的行為方式有很大的影響。
挪威地球演化動力學中心的Clint Conrad說：“地幔中的流動（對流單元驅動板塊構造）與主要羽流位置之間存在着聯繫。沿着地心-地幔邊界的流動將羽流物質推向LLSVPs，形成羽流。在模型中，這種流動是由圍繞兩個LLSVPs的下沉板塊驅動的。例如，加那利群島位於非洲LLSVP的邊緣之上。”
然而，LLSVPs的確切起源和建立仍然難以捉摸。在最近的4D地球科學會議上，科學家們利用衛星數據和地震學模型討論了替代的概念和想法，這將有望在不久的將來導致對地球內部的更詳細的研究。
組織者之一、來自荷蘭代爾夫特理工大學的Bart Root總結說：“顯然需要一種多學科的方法，將不同類型的衛星數據與地震學數據以一種共同的方式結合起來，以解決地球內部深處的確切結構。”
歐空局的Diego Fernandez指出：“我很高興看到歐空局的FutureEO科學促進社會項目正在取得成果，這將進一步提高我們對諸如我們剛剛在拉帕爾馬和湯加看到的事件的深層來源的理解。”
“值得注意的是，來自GOCE衛星的數據一直是這項研究的關鍵。GOCE以極其詳細和精確的方式繪製了地球重力場的變化，早在2013年就完成了其在軌任務–而科學家們仍然依賴這些數據。這是另一個例子，說明我們的衛星任務帶來的好處遠遠超出了其在軌壽命。”