近日，全球多地火山活動(dòng)活躍

這與氣候有何關(guān)系？

近期夏威夷冒納羅亞火山、印尼塞梅魯火山、意大利西西里島以北的斯特龍博利火山相繼噴發(fā)。當(dāng)?shù)貢r(shí)間12月10日位于危地馬拉首都危地馬拉城西南約40公里處的富埃戈火山開始噴發(fā)，火山熔巖蔓延約800米。

火山爆發(fā)受哪些因素掌控？跟氣候變化有關(guān)系嗎？火山噴發(fā)后氣候是變暖還是變冷？火山噴發(fā)與農(nóng)業(yè)有何關(guān)系？我們一起看看~

01“魔盒”揭開之手

火山噴發(fā)是地球釋放內(nèi)部能量的一種方式，即由地下熔融的巖漿及其攜帶的固體碎屑沖出地表，或以熔巖形式堆積形成山體，或以火山灰形式隨氣流遷移遠(yuǎn)處卸載。據(jù)了解，全球約有1500座活火山，有史以來記錄的火山噴發(fā)約600座，每年有50～70座／次火山噴發(fā)。幾千年來，火山災(zāi)害已經(jīng)奪走了很多人的生命。

火山系統(tǒng)是復(fù)雜和動(dòng)態(tài)的，許多因素都會(huì)導(dǎo)致活火山下面的巖漿儲(chǔ)庫與周圍的巖石之間的重力平衡狀態(tài)變得不穩(wěn)定，從而導(dǎo)致火山噴發(fā)。根據(jù)馬昌前的分析，觸發(fā)火山噴發(fā)的內(nèi)部原因主要與巖漿體內(nèi)部的浮力增加和流動(dòng)性的過程有關(guān)。巖漿儲(chǔ)庫含有足夠多的熱和具有流動(dòng)性的巖漿，能為巖漿提供足夠的能量到達(dá)地表，也為火山噴發(fā)提供物質(zhì)。在儲(chǔ)庫積累過程中，就有可能增加巖漿系統(tǒng)的熱和流動(dòng)性，促進(jìn)內(nèi)部超壓。

在外部原因方面，地球表層環(huán)境和氣候變化或許是影響和觸發(fā)火山噴發(fā)的“罪魁禍?zhǔn)住?。?dāng)大量冰川融化后，原先冰川施加給巖漿、地殼板塊的壓力會(huì)減輕或轉(zhuǎn)移，從而導(dǎo)致它們變得不穩(wěn)定。有研究表示，冰川循環(huán)相關(guān)的冰和水分布的變化對火山噴發(fā)會(huì)產(chǎn)生不同程度的影響，其中地表和大氣條件對噴發(fā)方式和火山灰柱的上升過程有明顯影響，大氣環(huán)流和降水的變化也可能影響到火山灰的生命周期。

在活火山區(qū)，大規(guī)模的冰川融化會(huì)加劇火山活動(dòng)。比如在冰島，與較早的寒冷冰期相比，末次冰期結(jié)束后的平均噴發(fā)率高達(dá)100倍，即冰蓋較厚時(shí)，火山噴發(fā)較少，因?yàn)?000～3000米的冰層厚度就會(huì)使冰覆蓋的火山延遲數(shù)年至數(shù)十年才噴發(fā)。

冰川消融還會(huì)加快火山噴發(fā)的進(jìn)程。隨著冰川和冰蓋的融化，地球表面壓力減小，作用在地圈內(nèi)巖石上的力（應(yīng)力）也發(fā)生了變化，從而引起更多噴發(fā)。同時(shí)，海平面降低、潮汐應(yīng)力變化或降水量變化等，都可能成為引爆火山噴發(fā)的“導(dǎo)火索”。

海平面高度的變化能影響火山噴發(fā)。有研究發(fā)現(xiàn)，火山活動(dòng)隨季節(jié)變化而不同，世界范圍內(nèi)的火山噴發(fā)在北半球冬季時(shí)要比夏季多20％，原因可能是進(jìn)入北半球冬季時(shí)全球海平面會(huì)略有下降，因?yàn)楸卑肭虻年懙孛娣e較南半球大，相對于南半球冬季而言，北半球冬季時(shí)會(huì)有更多的水被以冰和雪的形式留在陸地上。

世界上絕大多數(shù)最活躍的火山都分布在海岸線幾十千米的范圍內(nèi)，因此，以海平面下降這種形式所表現(xiàn)出的大陸邊緣海水重量的季節(jié)性減少在世界各地都有可能觸發(fā)火山噴發(fā)。雖然海平面下降時(shí)會(huì)出現(xiàn)一些火山噴發(fā)現(xiàn)象，但是這并不一定意味著氣候變化所導(dǎo)致的海平面上升會(huì)抑制火山活動(dòng)。

此外，降雨量的變化也能引起火山噴發(fā)。2001年，加勒比海蒙特塞拉特（Montserrat）島的Soufrière火山噴發(fā)，大雨是主要原因。大雨破壞了Soufrière火山穹丘的穩(wěn)定性，致其坍塌，然后大量巖漿被釋放出來。

火山噴發(fā)出的氣體改變了地球的大氣層，其中的溫室氣體還可能引發(fā)過度的溫室效應(yīng)和全球變暖，并導(dǎo)致海洋循環(huán)減慢、缺氧和海水酸化等，也可能會(huì)產(chǎn)生火山冬天。然而，盡管強(qiáng)烈的火山噴發(fā)會(huì)造成氣候?yàn)?zāi)害，但也并非全無益處。長期來看，這些火山通過快速的風(fēng)化作用幫助消化了碳，穩(wěn)定了地表溫度，進(jìn)而調(diào)節(jié)全球氣候。火山活動(dòng)維持地球的宜居性，火山巖中蘊(yùn)含了多種礦產(chǎn)、寶石、油氣和地?zé)豳Y源，造就了肥沃的土地和優(yōu)美的景觀，同時(shí)是認(rèn)識(shí)地球深處的窗口，也是考古、地質(zhì)歷史和生命演化研究的重要標(biāo)尺。

02 地球的“降溫劑”？

距今約7.5萬年以前，印尼蘇門答臘島的托巴　（Toba）　超級(jí)火山爆發(fā)，達(dá)到超大規(guī)模的8級(jí)?。ɑ鹕奖l(fā)指數(shù)），據(jù)估計(jì)噴發(fā)出了2800立方千米的物質(zhì)?；鹕交业某练e范圍向西一直到印度次大陸和阿拉伯海，向東北方向到達(dá)1500～1800公里的中國南海。

隨之而來的是全球長達(dá)6～10年的火山冬天。根據(jù)科學(xué)家的估測，這期間全球平均溫度降低超過5℃，在中高緯度降溫甚至超過10℃，而全球范圍內(nèi)最大降溫或達(dá)到15℃。有研究認(rèn)為此次超強(qiáng)火山爆發(fā)甚至改變了地球上各種生命的進(jìn)程，當(dāng)時(shí)地球人類數(shù)量可能降低到了有史以來的最低值（全球人口數(shù)降低到1萬～3萬），人類演化差點(diǎn)被推到了滅絕的邊緣。

這次火山爆發(fā)對氣候和人類的影響之大，不禁讓我們想知道火山噴發(fā)到底是如何影響氣候的？

從直觀印象上看，火山噴發(fā)會(huì)產(chǎn)生大量的火山灰，但火山影響氣候并不是通過火山灰，因?yàn)榛鹕交沂潜容^大的顆粒，這些礦物顆粒物質(zhì)會(huì)在火山噴發(fā)點(diǎn)周圍逐漸沉降。真正影響氣候的“另有其人”——含硫氣體，包括二氧化硫和硫化氫等。

火山噴發(fā)將含硫氣體噴入平流層，經(jīng)過化學(xué)反應(yīng)后形成硫酸鹽氣溶膠。平流層環(huán)流非常穩(wěn)定，空氣以水平運(yùn)動(dòng)為主。在平流層的“幫助”下，局地火山噴發(fā)形成的氣溶膠會(huì)彌漫至全球。

這些氣溶膠可在平流層中停留數(shù)年之久，它們會(huì)阻擋太陽輻射，幫助地球?qū)⒏嗟年柟夥瓷涑鋈?，在大氣層?nèi)產(chǎn)生冷卻效應(yīng)，就像給地球打了一把“遮陽傘”，從而導(dǎo)致全球平均溫度下降，這也被稱為“遮陽傘”效應(yīng)。

顯然，火山噴發(fā)對全球氣候影響的大小與進(jìn)入平流層的硫酸鹽氣溶膠的質(zhì)量有關(guān)。自1950年以來有3次大規(guī)模低緯度火山噴發(fā)：1963年阿貢火山噴發(fā)，有約800萬噸二氧化硫進(jìn)入平流層；1982年埃爾奇瓊火山噴發(fā)，有約700萬噸二氧化硫進(jìn)入平流層；而1991年皮納圖博火山噴發(fā)，大約有2000萬噸二氧化硫進(jìn)入平流層。這三次火山噴發(fā)均造成了之后1～2年的全球氣候異常。

此外，火山噴發(fā)還可能引發(fā)厄爾尼諾事件，以此影響全球氣候。

有研究發(fā)現(xiàn)，火山爆發(fā)會(huì)增加厄爾尼諾事件發(fā)生的可能性，同時(shí)也跟火山爆發(fā)前的海洋狀態(tài)有關(guān)。如果在火山爆發(fā)之前，海洋處于中性或拉尼娜狀態(tài)，則在火山爆發(fā)之后的第一個(gè)北半球冬季，大約81％的熱帶火山爆發(fā)之后都會(huì)出現(xiàn)厄爾尼諾事件。另外火山爆發(fā)所處的地理位置也是影響厄爾尼諾事件的重要因素。然而，目前有關(guān)這方面的研究尚存在很多爭議，需要進(jìn)一步研究。

火山噴發(fā)既然能給地球降溫，那么其能否抵消全球增暖趨勢呢？歷史記錄表明，單一火山事件的噴發(fā)，其直接影響氣候的時(shí)間一般持續(xù)1～2年，在短期內(nèi)使溫度降低，造成冷暖振蕩，隨著氣溶膠的消散溫度會(huì)逐漸恢復(fù)正常，因此不足以改變?nèi)蜷L期增溫趨勢。

對全球火山噴發(fā)所產(chǎn)生二氧化碳排放的研究都表明，當(dāng)今的地下和海底火山釋放的二氧化碳不到目前人類活動(dòng)釋放的二氧化碳的百分之一，人為二氧化碳排放量分別是全球火山二氧化碳年排放量最大值和最小值估計(jì)值的80～270倍。1980年圣海倫斯火山噴發(fā)僅用了9個(gè)小時(shí)就將大約1000萬噸二氧化碳排放到大氣中。然而，目前人類只需要2.5小時(shí)就可以釋放出等量的二氧化碳。

但如果在一定時(shí)期內(nèi)，火山爆發(fā)頻率集中增加或者減少，則足以造成這個(gè)時(shí)期的氣候異常。例如，關(guān)于中世紀(jì)暖期（900—1300年）小冰期（1550—1850年）的成因，一般認(rèn)為前者是由于火山爆發(fā)的頻率較低，后者則是因?yàn)榛鹕奖l(fā)的頻率較高，此外太陽輻照度的變化也有影響。

除了給全球降溫外，火山噴發(fā)還能夠給世界很多地區(qū)帶來顯著的降雨變化。在歷史上，多次高強(qiáng)度大范圍干旱事件均與火山噴發(fā)存在聯(lián)系?；鹕絿姲l(fā)后，由于地表溫度降低，造成水汽減少，因此從全球平均來看，降雨是減少的。研究表明，包括亞澳季風(fēng)區(qū)、美洲季風(fēng)區(qū)和非洲季風(fēng)區(qū)在內(nèi)的全球季風(fēng)區(qū)，在熱帶火山噴發(fā)后的1～2年之內(nèi)，降水都會(huì)不同程度地減少，中國東部、北部以及印度北部的干旱事件增多。