作者：气体地化专委会  转载：元素同位素地球化学公众号

2022年1月15日，位于汤加群岛首都努库阿洛法以北约65公里的洪加-洪加哈帕伊（Hunga Tonga–Hunga Ha’apai）海底火山发生剧烈喷发。这次喷发被认为是21世纪迄今最大规模的海底火山爆发，火山爆发指数达到6级。喷发产生的巨大火山灰柱冲上平流层，释放大量气体和水蒸气，引发多国海啸警报，导致汤加通讯中断和部分地区严重破坏。此次喷发不仅造成了当地重大灾害，也对全球气候和大气环境产生深远影响。

2025年5月7日，《自然.地球科学》（Nature Geoscience）发表了一项关于2022年1月汤加群岛洪加-洪加哈帕伊（Hunga Tonga–Hunga Ha’apai）海底火山喷发的研究，揭示了这场21世纪迄今最大规模的海底喷发对全球气候的深远影响。该喷发火山爆发指数达到6级，喷发岩浆量比1991年菲律宾皮纳图博火山多67%。然而，尽管喷发剧烈，释放到大气中的二氧化硫（SO₂）却异常稀少，这一现象引发了科学界的广泛关注和疑问。

硫元素“失踪”之谜

根据研究团队的详细分析，洪加火山喷发释放了约18.8太克（Tg）的二氧化硫，但其中只有不到7%进入了大气，剩余的二氧化硫几乎全部溶解在海水中。喷发发生在海平面下400至1000米深的海域，岩浆在水下爆炸性碎裂，导致大量二氧化硫直接进入海洋而非大气。这一发现解释了卫星观测到的二氧化硫排放量远低于预期的现象，也表明传统依赖大气二氧化硫监测的火山喷发评估方法可能低估了海底喷发的规模和频率。

图1.概念性喷发模型展示了初始岩浆中的二氧化硫(SO2)和水(H2O)质量，以及它们最终如何分配到喷发前的排气、困在火山沉积物中的元素，以及释放到大气和海洋中的气体。这些数值基于6.75立方千米的岩浆体积，以及通过对熔体包裹体的分析估算出的喷发前岩浆中挥发物浓度。我们计算出的大气中注入的1.3太克（Tg）SO2是根据卫星测量估算值的两倍。岩浆破碎主要发生在海平面以下400-1000米处。虚线表示喷发前破火山口底部的位置，最终位置表明有一个1公里厚的岩块塌陷到了正在排空的岩浆储层上。© 2025, Wu, J.等。

水汽喷射入平流层

尽管二氧化硫排放量低，洪加喷发却向平流层注入了约120至150太克的水蒸气，喷发柱最高达到57公里的高度，远超以往任何火山喷发记录。研究显示，喷发产生的水汽绝大部分并非直接来自岩浆，而是由海水在高温高压条件下迅速汽化形成。这种大量水汽进入高层大气，对辐射平衡产生复杂影响，既可能导致局部增温，也可能引发大气化学反应。

综合气候效应：南半球降温

研究团队利用卫星遥感数据和辐射传输模型，综合分析了喷发后水汽、硫酸盐气溶胶和臭氧的变化及其对地球能量平衡的影响。结果显示，尽管水汽作为温室气体有增温效应，但喷发产生的硫酸盐气溶胶通过散射太阳辐射产生了更强的冷却作用。2022年至2023年间，南半球因喷发导致的净辐射强迫为负值，带来了约0.1摄氏度的降温效应。这一冷却效应虽然较1991年皮纳图博火山喷发的0.5摄氏度降温小得多，但仍显著影响了区域气候。

喷发机制新见解

通过电子探针和同步辐射傅里叶变换红外光谱等先进技术，研究团队分析了喷发前后火山碎屑中包裹体的水和硫含量，推断岩浆在喷发前经历了含水量差异显著的混合过程，并在海底特定深度发生剧烈碎裂。这种“岩浆-海水”相互作用产生了高能爆炸，驱动了喷发的巨大能量释放和海啸产生。

科学意义与未来展望

此次研究不仅揭示了海底火山喷发与陆地喷发在气体释放和气候影响上的显著差异，也提示科学界需重新审视海底火山在全球气候系统中的作用。洪加喷发的硫元素大部分进入海洋，可能对海洋生态系统产生深远影响，而其向大气注入的水汽则开启了对高层大气水循环的新认识。

研究团队表示，未来将继续探索其他海底火山的喷发潜力及其对气候和环境的影响，重点关注海水深度、火山构造和喷发机制如何决定喷发剧烈程度及气体分配。这些研究将推动全球火山监测技术和气候模型的完善，提升对极端火山事件的预警和应对能力。

本研究由新西兰奥克兰大学和奥塔哥大学联合完成，成果发表于2025年《自然地球科学》（Nature Geoscience）杂志。该研究获得国际地球科学界高度评价，被认为填补了海底火山喷发物质循环和气候影响的关键知识空白。德国基尔GEOMAR海洋研究中心Thor Hansteen教授评价：“这项研究深入揭示了深海巨大爆炸性喷发的复杂过程及其环境影响，挑战了传统观念，具有重要的科学和社会意义。”这场海底超级火山喷发不仅是地球自然力量的壮丽展示，更为科学家理解地球深部过程和全球气候变化提供了宝贵窗口。未来，随着技术进步和研究深化，我们将更全面地揭示海底火山的秘密，助力人类应对气候和地质灾害挑战。

原文链接：Huge submarine eruptions impact global climate but produce low atmospheric sulfur outputs. Nat. Geosci. (2025). https://doi.org/10.1038/s41561-025-01692-6