高强度的火山喷发与地球降温的时点对应

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数百年的沉睡是为了酝酿一次爆发，在那一刻人类本能地感受到渺小和卑微。

汤加火山的担忧情绪在短周期内达到高峰，但无夏之年等浩劫尚属于大胆猜测的范畴，且大概率预期瓦解，从已经确认的数据上看，本次喷发的规模较1815年坦博拉火山尚有极大的能级差距哨兵5号卫星探测本次的二氧化硫释放共约40万吨，而1991年造成全球失温的菲律宾皮纳博图火山喷发高达2000万吨

我们理解目前值得我们探讨的话题一方面是展望后续可能气象的影响，另一方面是重新审视人类和地球的关系，并再次去认识世界比如，火山的高频活动以地日周期为规律，深刻地影响着地球的冷暖周期

过去20万年间几乎每次冰期的建立和急剧变冷都和大规模火山爆发有关

火山活动存在比较明显的活跃期和沉寂期，全球强火山活动存在显著的88年左右世纪尺度周期循环和33年左右年代际尺度周期循环这一方面说明，火山活动中蕴含着太阳活动周期成分，也说明北半球地面温度88年周期波动可能是对火山活动88年周期的响应

图:高强度的火山喷发与地球降温的时点对应

本文重点梳理:

01—本次汤加火山爆发的影响

02—火山喷发对气候的影响

03—火山活动与天文周期

01—本次汤加火山爆发的影响

事件描述:1月14日和15日，汤加火山的大规模喷发产生了到达平流层的火山灰，造成了重大的区域影响1月17日获得的卫星图像显示，以前合并的大部分岛屿已被摧毁，只剩下位于海面上方的亨加汤加东北岛和亨加哈帕伊西南岛的一小部分

汤加地质服务局称，1月15日17时，努库阿洛法的居民听到了多次巨大的隆隆声，并看到了一个巨大的不断扩大的喷发羽流，最终覆盖了所有汤加岛屿。卫星数据集的分析表明，羽流可能已经上升到30公里

日前，汤加政府提供了关于火山爆发及其影响的最新情况，高达2米的海啸波抵达汤加塔普岛，尤亚岛和哈帕伊岛的西海岸，汤加有三人被证实因此死亡，还有许多人受伤。

火山喷发的主要影响体现为:

1，二氧化硫的释放，酸雨的增加。

2，火山灰对建筑物的负载。

3，火山灰阻挡地球对太阳光照的吸收，带来全球气温的下降和农作物的歉收。。

全球比较标志性的几次火山喷发:

老喀拉喀托火山于1883年发生等级为VEI—6的大爆发，爆炸威力相当于广岛原子弹的1.2万倍这次火山的爆发引发了海啸，造成了五万多人死亡此外，老喀拉喀托火山的爆发也打破了大气循环的平衡，引发极端天气，让全球进入长达四年的火山冬天

1991年菲律宾皮纳图博火山喷发，当时的火山喷发指数达到了VEI—6级，且喷出有约100亿吨的岩浆和2千万吨的二氧化硫这些悬浮在气体介质中中的含硫颗粒形成大量气溶胶，数月后变为硫酸雾，长时间散射太阳辐射，导致1991年到1993年全球平均气温下降了约0.3℃—0.5℃

本次汤加火山区域所在的西南太平洋，位于澳大利亚板块的东北缘，常年火山活动和地震活动都很强烈．西部由新几内亚和所罗门岛弧组成，，中部斐济是新赫布里底，瓦努阿图组成，而东部汤加—科马德克—新西兰组成。

汤加火山的爆发指数VEI尚没有非常可靠的判断，重点值得我们重视的是火山喷出的含硫气体经常与水发生反应，形成一种高反射粒子硫酸盐，数万吨的高反射粒子冲破对流层，到达平流层，阻碍地球对阳光的吸收，使地球温度降低但依据其所处的南太平洋区域特征，我们尚没有依据将重现1815年坦博拉火山造成的无夏之年的天气灾害，那一年的喷发位置处在赤道附近，且爆发能级更高，所喷发出的火山灰规模是本次汤加火山的百倍以上卫星监测图，汤加火山喷发首日，二氧化硫的释放量为6.2万吨，尚不足以对全球气温变化形成巨大改变

但本次火山爆发仍不可避免对后期的气象情况带来冲击，主要体现在两个方面:

一是爆发点附近的海水倒流，在短期内造成北半球冷流的大规模南下，这将造成极强的对流时间，威胁澳大利亚，新西南等国的农作物产量和附近海域的航运。

二是太平洋西部水域的降雨将加速尼诺指数上行，有形成强厄尔尼诺的可能，届时将造成东南亚干旱和南美多雨，对后续东南亚棕榈油的产量形成威胁。

图:火山喷发的气候影响示意

汤加火山所处的地理位置并没有跟全球主要的海运线路重叠，而引发的海啸尚没有对海运造成显著的冲击此外，按目前媒体报道的二氧化硫的释放量为6.2万吨，这个量级对航空器发动机影响的概率也相对偏低更值得重视的是，喷发后太平洋强对流天气的增多对局部地区的影响，但仍有待跟踪

本次火山喷发也让公众留意到了全球目前多达1350座的活火山，大部分火山的形成是板块运动的结果，是地球动力学过程的重要现象全球现今活动构造划分为环太平洋，大洋中脊和大陆三大构造系统全球火山活动分西太平洋火山活动区，东太平洋火山活动区以及大西洋火山活动区位于太平洋板块西南缘的印度尼西亚，菲律宾和日本等国家，拥有的火山数量为全球正在活动火山数量的1/3，全球活动火山约有80%分布在环太平洋地区

在地质构造环境上，大部分活动火山都分布在地壳中的断裂带上具体可分为环太平洋火山带，地中海一印度尼西亚火山带，大洋中脊火山带和红海沿岸与东非火山带

图:全球火山分布

其中，环太平洋火山带是一个围绕太平洋经常发生地震和火山爆发的地区，全长4万千米，呈马蹄形环太平洋火山带上有一连串海沟，火山弧和火山带，和板块移动它有452座火山，是占有世界上活跃和休眠火山的75%以上地球上90%的地震以及81%最强烈的地震都在该地带上发生，第二个最猛烈的地震带是从爪哇岛，苏门答腊岛伸延至喜马拉雅山脉，地中海以及大西洋的阿尔卑斯带，地球上6%的地震和17%最强烈的地震在这里发生第三个最猛烈的地震带则是大西洋中洋脊

根据美国史密森尼学会全球火山项目统计，过去1万年间，全球累计有1350次火山喷发，过去10年间，每年都有68—83座火山发生活动，涉及27—40个国家，但绝大多数火山爆发指数都在2级以下，VEI指数每增加1级，火山爆发的威力会增大10倍，大型火山爆发的VEI指数均在4级以上。克罗宁称，此次喷发是汤加过去30年来最大的火山喷发之一，“横向蔓延范围广，产生的灰烬多”。

表:2011—2021世界火山喷发概况

02—火山喷发对气候的影响

火山喷发影响全球气候的理论机制火山喷发在地球历史上是相对常见的内动力地质过程．火山喷发对气候的影响主要有以下方面:释放能量，喷出大量的岩浆冷却凝固成岩石，带来大量的气体如水蒸气，CO2，SO2等，还会形成大量的气溶胶和固体悬浮小颗粒．火山喷发产生大量的岩浆，并释放能量。

火山喷发产生大量气体，最主要的是水蒸气，CO2，SO2，H2S，HCl以及少量的HF气体火山活动对气候变化的主要影响就是火山悬浮颗粒和SO2气体．火山喷发会形成大量的细颗粒灰尘，这些物质可以随火山喷发气体上升到平流层，并在随后的几个月至几年内减少太阳对地表的直接辐射量，并增加云层向外太空的散射和反射能量，由此降低地表的温度．这些细小的颗粒还会在高层大气环流的带动下向全球扩散，使火山活动的影响扩大至全球

火山喷发出来的气体上升高度可达16~32km，进入平流层．因此，其中的SO2也就随之进入平流层．在平流层里，不同高度的气体交换非常缓慢，SO2可以在某个高度停留较长时间．平流层里的SO2经过缓慢氧化并与羟基反应，形成硫酸，进一步形成硫酸盐固体颗粒，最后形成气溶胶，气溶胶会逐渐下沉抵达地面SO2形成的硫酸和硫酸盐气溶胶递减时间是35天，而硫酸和硫酸盐形成的气溶胶沉积的时间是12到14个月，存留时间较长

学者对火山喷发对温度影响的论据梳理及观点归纳:

殷鸿福等发现中国华南地区二叠系与三叠系交界处广泛分布着火山岩或凝灰岩，并含有火山成因的结构，构造及矿物，说明火山活动与这个时期的生物大灭绝有密切的联系

深海岩芯研究表明，近2百万年以来，火山活动明显加强．在印度洋深海沉积中，存在一层火山灰，研究表明，此火山灰层是火山强烈喷发形成的．同时，南极冰芯记录的非海相硫酸盐的含量显著增加．据估算在此期间，可能有数十亿吨的火山灰和气溶胶喷发到平流层，造成全球降温3~5℃，并持续数年之久．

费杰，周杰等发现公元934年冰岛的Eldgja火山喷发，导致中国939—942年降温，其中洛阳，开封地区的降温幅度达到5~8℃。

1600—1850年是历史时期火山活动频繁且强度较大的时期，同时也是大家所熟知的明清小冰期时期。他同时指出，这也是这座火山“千年一遇”的大规模喷发之一。

大火山喷发后的1—2年全球年均温下降约0.3℃，之后逐渐回升，约4—5年恢复正常，小火山喷发对全球温度影响很小，影响时间较短．火山喷发对南北半球的影响也有差别，北半球火山喷发后的2个月北半球气温下降明显，南半球喷发后18个月北半球气温降幅最大．

据徐群等跟踪研究，菲律宾皮纳图博火山1991年6月中旬出现了多次的大爆发，大约超过20Mt的SO2进入18~30km的平流层，形成20世纪最大的一次火山云事件，在其后的1992年中国夏季和秋季出现了大范围的低温现象，东北至内蒙古地区和长江下游地区甚至都出现了不同程度的冷害．据卫星资料显示，北半球1992年是近10年来最冷的年份。

03—火山活动与天文周期

由银河年周期推演出的太阳辐射量和太阳系速度的变化周期可以推导出地球的减速运动，而在减速过程中，地球内部能量将有间歇性的显著释放过程，这与火山活动形成对应关系。

银河年周期变化以3亿年为周期，地球温度偏高的峰值对应远银心点，而地球温度偏低的谷值对应近银心点，多为大冰期伴伴随着太阳系从远银心点向近银心点的运动，地球上的岩浆喷发强度趋于减弱虽然短周期火山活动有短期降温效应，但长周期火山活动与温暖期相对应地球变暖的过程中，火山喷发充当的是地球表面温度的调节器，火山喷发出的小颗粒火山灰抵达平流层后可以抵御部分的过多的太阳辐射

学者曲维政等指出过去20万年间几乎每次冰期的建立和急剧变冷都和大规模火山爆发有关，同时也说明火山活动存在比较明显的活跃期和沉寂期，全球强火山活动存在显著的88年左右世纪尺度周期循环和33年左右年代际尺度周期循环这一方面说明，火山活动中蕴涵着太阳活动周期成分，也说明北半球地面温度88年周期波动可能是对火山活动88年周期的响应

图:太阳黑子周期

地球板块间的碰撞，地震，火山活动和异常气象之间多是伴生关系，而并没有非常严密的因果关系在更大的尺度上，多类地质活动和气象变化都依附于地球自身及与其他天体的运转规律，并以此为逻辑展开周期性变化

太阳黑子数量存在11年左右的周期太阳活动活跃时，会使得地球气温升高，降雨量增多太阳黑子活动主要通过三种方式影响地球气候:通过改变大气电离度影响气候，通过热辐射影响气候，通过地磁场的变化影响气候美国的海尔发现太阳黑子的磁极以22年轮换一周，即为两倍的施瓦贝循环

在地磁极性转化时期，地磁强度从强变弱甚至消失，射向地表的宇宙射线增强，太阳风中的高能粒子破坏臭氧层，使得原本被臭氧层和电离层滞留在平流层之上的9%左右的太阳辐射被射向地表，地表升温有证据表明，当前正是地球磁场转弱时期，可能就是火山活动强烈的时期

不论是当前的高能量火山喷发，还是双拉尼娜现象，以及南美大旱，撒哈拉沙漠降雪，中国降雨带北移，目前已经有相当多的气候异常现象频繁出现，或正形成相互印证的证据链条说明地球正经历显著的变化虽然暂时尚无充分证据去归因于人类活动，但值得警惕的是异常天气的多米诺效应正在展开，这个过程让全球的农作物生产备受挑战

参考资料:

李靖等，火山活动对气候的影响，气象科技

曲维政等，火山活动的周期性及其在若干气候要素中的反映，地球物理学报，2011年

李平原等，火山活动对全球气候变化的影响，亚热带资源与环境学报，2012年

王佳龙等，全球活动火山时空分布以及阿贡火山喷发前后的形变特征，震灾防御技术，2017年

杨学祥等，火山活动与天文周期，地质论评，1999年

中信建投期货研究发展部 田亚雄

2022年1月20日 15:30

感谢实习生:聂家琪，陈雪，张静雯对本文的贡献

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