2022 年 1 月 15 日，位于汤加的洪加汤加-洪加哈阿派火山爆发，发出了音爆，远至阿拉斯加都能听到——科学家们立刻意识到他们正在见证历史。
“在地质记录中，这是有史以来记录到的最大规模的自然爆炸，”加州大学圣克鲁斯分校的地球物理学家 Ricky Garza-Giron 说。
它还引发了一场海啸，席卷了整个太平洋，在秘鲁造成两人死亡。与此同时，这场灾难摧毁了汤加，并在该群岛造成四人死亡。尽管令人痛心，但专家们预计如此规模的事件会造成更多伤亡。那么，为什么没有呢？
当然，该国的防灾准备功不可没。但根据今天发表在《Science Advances》杂志上的研究，火山喷发本身的性质以及它引发的海啸如何在汤加群岛传播，也使汤加避免了更糟糕的结局。通过结合实地观测与无人机和卫星数据，研究团队能够通过模拟重现这一事件。
这是科学家们研究这次喷发如何震撼汤加和全世界的又一种方式。有几个小时的时间里，火山的灰 plume 用比地球上其他任何地方加起来都多的闪电照亮了这个国家及其周围的水域。这次喷发将足够的水蒸气喷入空中，使平流层的水蒸气含量增加了约 10%。
喷发将冲击波射入地面、水和空气。当 Garza-Giron 和他的同事测量这些波时，他们发现这次喷发的能量比 1980 年圣海伦斯火山的喷发大了不止一个数量级。
“它真的像摇铃一样让地球发出声音，”佛罗里达大学迈阿密大学的地球科学家兼 Khaled bin Sultan 海洋基金会的研究员 Sam Purkis 说。Purkis 是这篇新论文的第一作者。
模拟的目的是展示可能发生的一系列事件。Purkis 和他的同事首先建立了一个时间线。科学家们一致认为，火山喷发是一个由多次爆发组成的序列，但他们对喷发的时间和次数存在分歧。通过核实目击者证词和潮位计的测量数据，研究团队提出了五次爆炸，每次爆炸的强度都在稳步增加，直至达到最高潮的第五次爆炸：规模为 15 兆吨，相当于一枚氢弹。
然后，作者们模拟了这些爆炸可能对海洋造成的影响——以及它们引发的巨浪如何拍打汤加的其他岛屿。模拟表明，距离喷发地约 55 英里（约合 88.5 公里）的 Tofua 岛可能受灾最严重：遭受了超过 100 英尺（约合 30.5 米）高的海浪的冲击。
但也有一个幸运之处：Tofua 是一个无人居住的岛屿。模拟还解释了为什么汤加的首都和最大城市努库阿洛法能够逃脱海啸的重创。它位于喷发地以南约 40 英里（约合 64.4 公里）处，似乎只经历了较浅的海浪。
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研究团队认为地理因素在一定程度上是造成这种情况的原因。Tofua 岛是一个火山锥，位于深海区域，拥有陡峭的山区海岸，无法抵挡来袭的海啸。而努库阿洛法周围则是较浅的水域和一个泻湖，这使得海啸能够排开的水量较少。珊瑚礁可能也帮助保护了这座城市免受海啸的侵袭。
Purkis 表示，研究人员认为珊瑚礁可以缓冲海啸，但他们缺乏真实数据来证明这一点。Purkis 说：“你找不到一个真实案例，其中几十米高的海浪撞击珊瑚礁。”
我们确实知道比洪加汤加-洪加哈阿派火山更猛烈的火山喷发：例如，1815 年的坦博拉火山（导致了著名的“无夏之年”）和 1883 年的喀拉喀托火山。但那些事件都发生在 20 世纪 60 年代之前，那时地球物理学家才开始部署如今使用的全球传感器和卫星网络。
最终，该研究的作者们写道，这次喷发是一次“幸运的逃脱”。它发生在最奇特的情况下：在喷发时，汤加因新冠疫情关闭了边境，减少了访问该岛屿的海外游客数量。科学家们认为这是死亡人数低迷的另一个原因。但同样封闭的边境意味着科学家们不得不等待才能获得数据。
这就是为什么这篇论文在喷发 15 个月后才发表。其他科学家此前曾能够模拟海啸，但 Purkis 和他的同事们用地面数据增强了他们的模拟。这不仅帮助他们重建了时间线，还帮助他们将模拟与汤加海岸 100 多个站点的测量数据进行了核实。
研究团队认为，这次喷发为地球活动提供了一个“自然实验室”。了解这次海啸有助于人类规划如何确保自身安全。像洪加汤加-洪加哈阿派这样的海底火山还有很多，如果它们在错误的时间喷发，可能会摧毁沿海社区。
Garza-Giron 对将这项新研究的结果与他自己关于地震活动等先前研究进行比较，以及结合海洋声音等其他数据来源，以更全面地描绘那天发生的事情的可能性感到兴奋。
Garza-Giron 说：“我们很少有机会看到地球作为一个整体系统运作，其中大气、海洋和固体地球之间存在明确的相互作用。”“对我来说，这是这次喷发最迷人的地方之一。”
