去年1月15日，汤加王国爆发了全球新闻，这是有史以来最壮观和最猛烈的火山喷发之一。

值得注意的是，它是由位于数百米海水下的火山引起的。这一事件震惊了公众和火山科学家。

这是我们从未见过的新型喷发吗?这是否敲响了警钟，让我们更加关注世界各地海底火山的威胁?

这两个问题的答案都是肯定的。

Hunga Tonga-Hunga Ha'apai火山是一座鲜为人知的海山，沿着20座类似火山的链条组成太平洋“火环”的汤加部分。

我们对这个环上的地表火山了解很多，包括美国的圣海伦斯山，的富士山和尼西亚的默拉皮山。但我们对它周围的数百座海底火山知之甚少。

研究海底火山是困难、昂贵和耗时的，但眼不见心不再不在心。

汤加火山爆发打破记录

Hunga Tonga-Hunga Ha'apai喷发已经牢牢地在记录簿上确立了自己的记录，其有史以来最高的火山灰羽流和58公里的气溶胶云“超调”触及了中间层以外的空间。它还触发了任何类型的自然事件记录的最大数量的闪电。

向外层大气注入大量水蒸气，以及遍布全球的“音爆”(大气压力波)和海啸，为火山现象设定了新的基准。

在火山爆发期间及其后果，COVID阻碍了汤加的进入，但当地科学家和国际科学合作努力帮助我们发现了导致其极端暴力的原因。

喷发形成一个巨大的洞

汤加地质服务局和奥克兰大学的一个团队在一月爆炸后仅三个月就使用多波束声纳测绘系统精确测量了火山的形状。

我们惊讶地发现，巨大的海底火山的边缘完好无损，但以前直径6公里的平顶海底锥体被一个4公里宽，近1公里深的洞租了出来。

这被称为“火山口”，当岩浆迅速“抽出”后火山的中心部分自行坍塌时发生。我们计算出超过7.1立方千米的岩浆被喷射出来。这几乎是不可能想象的，但如果我们想重新填充火山口，则需要十亿卡车的装载量。

很难解释洪加喷发的物理学，即使有大量的岩浆及其与海水的相互作用。我们需要其他驱动力来解释，特别是火山爆发的第一个高潮。

混合岩浆导致连锁反应

只有当我们检查喷发颗粒(火山灰)的质地和化学性质时，我们才看到有关事件暴力的线索。不同的岩浆在喷发前紧密混合和混合，在微米到厘米的尺度上可以看到对比。

使用铅，钕，铀和锶的同位素“指纹识别”显示至少涉及三种不同的岩浆源。镭同位素分析显示，两个岩浆体较老，位于地壳中部，然后在喷发前不久与一个新的年轻岩浆体相连。

岩浆的混合引起了强烈的反应，将水和其他所谓的“挥发性元素”从溶液中驱赶到气体中。这会产生气泡和膨胀的岩浆泡沫，在喷发开始时将岩浆大力推出。

这种中间体或“安山岩”组合物具有低粘度。这意味着岩浆可以通过岩石中的狭窄裂缝迅速挤出。因此，火山下方5-10公里处的岩浆极快地开采，导致火山口突然逐步坍塌。

火山口坍塌导致了连锁反应，因为海水突然从裂缝和断层中排出，并遇到了从火山深处升起的岩浆。由此产生的水与岩浆在超过1150°C的高压直接接触在喷发后30和45分钟左右引起了两次高强度爆炸。每次爆炸都会进一步减压下面的岩浆，通过放大气泡生长和岩浆上升来继续连锁反应。

大约一个小时后，中央喷发羽流失去了能量，喷发移动到火山周围以同心幕状图案喷出的低海拔颗粒。

这种不太集中的喷发阶段导致了广泛的火山碎屑流 - 热而快速流动的气体，灰烬和岩石碎片云 - 坍塌到海洋中并引起海底密度流。这些损坏了大量国际和国内数据电缆，切断了汤加与世界其他地区的联系。

悬而未决的问题和挑战

即使经过对越来越多的目击者陈述的长期分析，关于这次喷发仍然存在重大的悬而未决的问题。

最重要的是导致当地最大的海啸的原因 - 一个18-20米高的海浪，在喷发后大约一个小时袭击了汤加中部的大部分岛屿。较早的海啸与喷发后约30分钟和45分钟的两次大爆炸密切相关。目前，最大海啸的最佳候选者是火山口本身的坍塌，这导致海水冲回新腔。

这一事件仅与1883年尼西亚喀拉喀托火山大喷发相似，并改变了我们对浅层海底火山潜在危害的看法。利用陆上和海上传感器以及次声传感器和一系列卫星观测工具，已经开始改进汤加的火山监测工作。

与陆上火山相比，所有这些监测方法都是昂贵和困难的。尽管潜艇研究船花费巨大，但正在努力识别世界各地构成类似洪加威胁的其他火山。