【博評】William:湯加火山爆發雜談

2022-01-23 22:26:36 最後更新日期:2022-01-25 09:59:59
William Lam

現實中只是個小職員的軍武 / 科普愛好者

 

 Hunga Tonga Hunga Haapai Eruption 1024由日本同步軌道氣像衛星向日葵8號拍攝到洪加火山爆發的連續片段,來自US STORMWATCH TWITTER

 

湯加的「洪加湯加-洪加哈派島」火山(下簡稱洪加火山)第二次噴發至今已一星期以上,原本幾乎斷絕的對外通訊也已於幾天前恢復,救援物資也陸續送抵現場及湯加各有人島上。就現時所知,洪加火山大爆發所造成的破壞十分廣泛,幸而傷亡相對輕微得多,這是不幸中的大幸。

geologic setting new 洪加火山的海底高程度。這火山名字如此長,是因為這是北部兩個小島的名字串在一起。兩個狹長小島與南邊兩塊大礁石,其實是原破火山口的邊緣;另一方面,這區也有很多「舊」的海底火山。圖片來自連結1及谷哥地圖

 

不幸中的大幸?

今次湯加火山爆發就嚴重性而言不算特別大,這個火山最早有紀錄的爆發記載是1912年,但就地質研究所知,至少1000年前亦曾大爆發過一次,並造成一次全球溫度下降事件,而且事實上這個火山相當巨大,原火山口直徑達5公里;1000年前的爆發把把整個火山島都炸到只餘下南部兩片大礁石及北部兩個小島殘留在海平面上。至於這個火山島究竟是什麼時候形成,現已無從得知。

人類對海底火山的研究仍然較少,主要因為山體普遍在海床中,人類很難使用大量機器進行長時間實地監測和研究,或者用地震儀對山體內結構進行分析。今次爆發和1000年前1108年那次爆發似乎相差很遠,甚至威力有沒有其1/10都不知道,但整體而言,由於這是一個破火山口,可知其原本是一座巨型火山,原有大小也只是較印尼喀拉喀托火山小一點。我們還沒有掌握火山底下的岩漿庫現在是什麼情況,若果底下巨型岩槳庫還在,那今次可能只是岩漿庫一小說份的噴發而已。假若1000年前的大爆發重現,那整個南太平洋群島和澳新兩地都可能受到嚴重破壞。

eight c1982年6月24日晚上,英航009號班機(BA009)飛越印尼爪哇島前往澳洲。當時加隆岡火山正發生小規模噴發,火山雲正在航線下方形成,由於飛行雷達觀測不到沒有水分的火山塵雲,當時也沒有人清楚火山灰對航機的影響,故直接飛了進去,結果引擎被火山灰塞住並停止運作,飛機緊急一降並折返後才脫離險境。圖片來自連結1及論文"Volcanic ash hazards to aviation"

 

救援為何算遲?

救援那麼遲,除機場受破壞且火山爆發影響航機視線外,最重要的因素還是火山灰—火山灰微粒非常小,當中也包含大量高硬度的石英。這些極細的灰不但相當尖銳,且若遇上高熱又會黏合一起。這些灰可以嚴重磨損任何鏡頭和觀景窗,而且與飛機的高速磨擦可產生強大的放電現象,干擾通訊,但更要命的是,一旦吸進引擎內,經過燃燒室時會熔掉,然後在溫度較低的地方再凝結,形成黏性較高的物質,這會阻礙引擎氣流並導致燃燒不全,影響推力,嚴重時甚至可以讓它熄火。故此,在火山灰散去之前,所有空中救援甚至空中評估災情都不能展開。火山灰甚至阻礙光學偵照衛星對於湯加各島嶼的拍攝,最初期時各國也只有靠雷達SAR衛星對當地進行象素較低的掃瞄,以了解大約情況。

 

 

eight col LeHavreNiwa海島型火山 / 海底火山塌陷的機制,論文以馬里亞納群島西羅塔島火山為例。兩張照片皆來自連結

 

為何整個島會消失?

海底火山爆發經常伴隨的,多是整個島或島的大半完全消失,這點和陸上火山好像很不一樣,有人認為這是和火山壓力爆發和氣體噴發,令山體被整個炸碎有關,因為這類爆炸威力起碼是1000萬噸以上,足夠炸碎或氣化山體結構。然而考慮到岩漿庫距離地面起碼6-8公里,要轟碎那麼厚的岩層是極為困難的事。大多數情況下,其機制是來自……塌方。通常岩漿庫愈大,噴發愈猛烈,噴發後留下的空間也愈大,在山體質量的重力作用下,很大機會整個塌下岩漿庫,這在地面當然變成巨坑(即破火山口),但若果是海上火山,則向下塌落時很大機會完全陷進海平面下,結果就然是全島消失了。

Several ca論文以印尼歷次海嘯紀錄,提出火山爆發可能造成海嘯的六種機制,洪加火山海嘯的機制較有可能是a、b及 / 或d。圖片來自"Volcanic Eruption-Induced Tsunami in Indonesia: A Review"

 

這種激烈的地質運動也是海嘯形成的原因之一:這種近海面的海底火山爆發,足以造成海面上的衝擊波,可造成小型海嘯,而突然陷塌進岩漿庫的大型火山山體及陷塌後因為接觸到高熱熔岩管道造成的猛烈爆炸,可以造成更大面積的海水波動。這些波動一旦接近岸邊,會因為海床上升而給抬升,形成水牆,是為海嘯。幸而今次火山塌方的體積與深度也不算大,所造成的海水波動也較低,形成的海嘯最多也就1至1.3米左右。

 

 網上流傳的洪加火山爆發片段,製作雖不太差,但……洪加火山周圍根本沒有有人居住的島嶼,且如果在這近距離撞上火成碎屑樓,建築物可是會連「渣都冇」……

 

 

傳聞中的火成碎屑流?

洪加火山爆發後沒多久,網上流傳了一段據稱是火山爆發片段對湯加地區的影響,不過片段有很多破綻,而且後來給人記起該片是早年有人模擬新西蘭某海底火山爆發對新西蘭海岸民居的影響,故這段片段很快就沒人再傳了。

maxresdefault_12.jpg1991年皮納圖博火山爆發時噴出的火成碎屑流,因為無論在溫度及量上都非常多,厚度及速度也非常驚人。幸好地方當局在爆發前已撤退附近所有人口,直接死於火山爆發的人數相當少。圖片來自連結

 

不過片段中出現的火成碎屑流(pyroclastic flows)其實也是每次大型火山中幾乎必然出現的災害。火成碎屑流其實是火山高熱氣體及溫度極高的碎屑、塵埃噴出後沿山坡向下、向前奔馳的高熱氣浪 / 碎石浪,或者是火山發生側噴發時向前、向下噴發的火山氣浪。由於其基本是混入大量超熱碎屑的高熱氣體,密度較高但仍充滿能量,沿地面前進時可達700公里 / 時,且因為仍有高熱火山灰維持能量,可向前繼續移動至少10公里以上(最高紀錄是57公里)。這些高熱氣流可以摧毀任何人造建築及殺死沿路任何生物,並造成嚴重破壞;

03 F16海上火成碎屑流形成機理及噴流情況。圖片來自連結1連結2

 

其亦可在水上移動,1883年印尼喀拉喀托火山大爆發時曾發生至少四至海上及海底的火成碎屑流,由於在海上可以蒸發海面上的水蒸氣,對火成碎屑流造成氣墊效應,當時最遠更達40公里,席捲整個巽他海峽,造成至少36000人死亡,就算是海底火成碎屑流也能跑15公里遠。威力相當於喀拉喀托1/12左右的洪加火山,應該也會造成海上火成碎屑流,不過由於規模較細,且根本無法波及最近的有人島嶼,我們既無法觀測到,也未構成進一步的嚴重損害。

max1121257年印尼薩瑪拉火山的大爆發只是這1000年來第二大火山爆發,但因為火山灰成份有些不同,噴出的二氧化硫竟達1.6億噸,是引發「無夏之年」坦博拉火山的兩倍,洪加火山的400倍!有指其「開啟了」往後長達500年的小冰期。(圖片及資料來自The 1257 Samalas eruption (Lombok, Indonesia): The single greatest stratospheric gas release of the Common Era結1)

 

 

核冬天與火山冬天之辨

當火山大爆發的磨菇雲曝光時,部分媒體就立即聯想到核戰及核冬天的問題,並警告大量火山灰衝進大氣層,可能造成核戰後的核冬天情況,並由此談論到可能發生的災難。不能不說,這些媒體算是敏感度較高的,方向也大致正確,不過還是有偏差的......

 

首先,學術上是會將兩者造成的地表氣溫急降分成兩個學術名詞,即「火山冬天」「核冬天」。「火山冬天」比預想中的「核冬天」 更具威脅性,是因為根據這麼多年來的理論模型演變及更深入研究,人們發現核子戰爭要演變成「核冬天」,需取決於有多少煙塵飛進平流層上部,而核戰規模、打擊目標、有多少大城市遭受核攻擊,甚至核戰發生在什麼季節、天氣,都可以嚴重左右核冬天的規模,甚至有沒有核冬天的發生(事實上,有指80年代人類丟盡所有核武,所造成的降溫效果都未必及上1815-16年的「無夏之年」 );當中的關鍵在於是否有大片可燃地區焚燒,以及有沒有機制把大量灰塵送上平流層頂上部,能送愈多,能在上大氣層逗留的時間就愈長,反射陽光及降溫的效果就愈大。

MIRV composite核戰爭理論在1970年代後期開始有所改變,開始使用更多小型核彈頭並對敵方核軍事設施進行先制攻擊為主,百萬甚至千萬噸級彈頭使用已愈來愈少。其所造成的廣範圍燃燒效果也相應減少,變相也減少煙塵升上平流層頂層的量,也減少降溫效果。當然,其他核戰爭災害其實沒有減低多少。圖片來自連結1

 

然而大規模的火山爆發(如VEI 6級及以上)則很大機會可造到地球降溫效果,因為至少有10立方公里(!)的火山物質爆發,而且因為極度熾熱又有巨大而持續的推力(指火山噴發的巨大噴射與上升動力),加上火山灰物質粒子極小,要到達30公里以上的平流層中上層是輕需易舉的事;更嚴重的是,火山爆發同時有機會把大量二氧化硫送上平流層,而二氧化硫可以反射陽光,令進入大氣層低層的光能減少,從而對地表起到降溫效果。這種降溫不但可能令全球氣溫更寒冷,也可能導致大氣環流大亂,而造成更為極端的天氣。過去的觀測經驗表明,大型火山爆發和「小冰期」及極端天氣造成的災禍,往往就是和這種機制有關 (例如1257年印尼薩瑪拉火山大爆發)。當然,若規模更大、注入更多二氧化硫的話,那就不只是冰期那麼簡單,而是小型生物滅絕事件的開始。幸好暫時來說噴進平流層的二氧化硫大約只有40萬噸,如沒有後續爆發,影響力應該不算特別大。

 0418 Pinatubo eruption Iceland1991年皮納圖博火山大爆發的火山雲,高達45公里以上,總爆炸能量達2億噸TNT(四個沙皇氫彈),噴出物質達3至4立方公里;相對來說,洪加火山大約只相當於聖海倫娜火山的規模,爆炸力估計由500萬噸TNT到3000萬噸都有,但最新估計大約1500萬噸,即和第二大核試Castle Bravo接近。 圖片來自連結1連結2

 

危機已過去?

雖然現時火山活動暫時緩和下來,但並未可說危機已經解除,畢竟過去部分火山可持續活動兩個月才迎來總爆發,例如前述喀拉喀托火山大爆發是由該年6月開始,8月11日一次大噴發,至兩星期後才迎來總爆發;1991年皮納圖博火山總爆發前也發生過和今次威力接近的大型爆發。由於現時似乎還未有人敢接近該島,最近有人島也有60公里以上,無法安插儀器進行近距地質測量,且這火山規模其實也不小,沒人確知其岩漿庫是否已爆發完,故現時最好還是一面進行救災回復作業,另一邊則準備一旦有事,就要進行全島總員撤退的計劃,以策萬全。

20221017ran8625149 0047.t61e5cacf.m1200.xfHfTokF3AgLXFwGt現時澳洲及新西蘭海軍的大型艦隻已陸續開赴湯加進行救災善後工作,其中澳洲的阿德萊德號兩棲登陸艦已經帶備物資與海水化淡器械,前往湯加。(圖片來自美國海軍學會新聞)

 

發佈於 博評
By 2022-01-23

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