汤加的喷发向地球大气层注入了如此多的水,以至于它可能会削弱臭氧层

大气中的水蒸气也可能导致全球变暖。

GOES-17 卫星捕捉到了 2022 年 1 月 15 日 Hunga Tonga-Hunga Ha'apai 火山水下喷发产生的伞状云的图像。(图片来源:美国宇航局地球观测站图像,由 Joshua Stevens 使用 GOES 图像由 NOAA 提供 和 NESDIS)
GOES-17 卫星捕捉到了 2022 年 1 月 15 日 Hunga Tonga-Hunga Ha’apai 火山水下喷发产生的伞状云的图像。(图片来源:美国宇航局地球观测站图像,由 Joshua Stevens 使用 GOES 图像由 NOAA 提供 和 NESDIS)

当汤加的一座水下火山在一月份爆发时,它喷出的不仅仅是火山灰和火山气体; 一项新的研究发现,它还向地球大气层喷射了 58,000 个奥林匹克规模的游泳池的水蒸气。

根据这项研究,这种水蒸气最终可能成为火山喷发中最具破坏性的部分,因为它可能会加剧全球变暖并耗尽臭氧层。

1 月 15 日,Hunga Tonga-Hunga Ha’apai 火山爆发时,它成为地球上 30 多年来最强大的爆炸,其威力相当于 100 颗广岛原子弹。 爆炸在地球周围发出冲击波,导致大气像钟声一样响起,并引发海啸袭击附近的海岸。 一股火山灰和尘埃进入大气层的高度比有记录以来的任何一次喷发都要高,三天内引发了超过 59 万次雷击。

在这项新研究中,研究人员使用美国宇航局 Aura 卫星收集的数据来评估被推入平流层的水量,平流层是地球大气层的第二层,从 4 到 12 英里(6 到 20 公里)延伸到 31 英里 (50 公里)高于地球表面。 结果显示,自火山爆发以来,额外的 160,900 吨(146,000 公吨)水蒸气进入了平流层,达到了 33 英里(53 公里)的最高高度,位于中间层,大气层从 平流层顶部到 53 英里(85 公里)的高度。

这使其成为自卫星开始进行测量以来向平流层注入水的最大和最高的一次。

研究人员在 7 月 1 日在线发表的新论文中写道:“我们估计,多余的水蒸气大约相当于平流层中通常存在的水蒸气量的 10%”,这是科学家们所见过的最大增幅。 杂志地球物理研究快报。 研究人员写道,水蒸气可能会在平流层中停留大约五年。

研究人员说,考虑到爆炸在海洋表面以下约 492 英尺(150 米)处点燃,汤加火山喷发向大气中注入了大量水蒸气并不完全令人惊讶。 他们写道,当火山喷发时,与喷发的岩浆接触的海水迅速过热,导致大量“爆炸性蒸汽”。 这是爆炸如此强大的主要原因之一。 然而,这是第一次准确测量水量,结果比科学家们预期的要多得多。

汤加的喷发将 58,000 个奥林匹克游泳池的水送入平流层。 (图片来源:Shutterstock)
汤加的喷发将 58,000 个奥林匹克游泳池的水送入平流层。 (图片来源:Shutterstock)

通常,大型火山喷发会释放出大量的火山灰和气体,例如二氧化硫,它们会在大气中产生反射性化合物。这些火山副产品可以阻挡阳光到达地球表面,从而使大气降温。然而,与类似规模的爆炸相比,汤加火山喷发产生的二氧化硫含量低得惊人,喷出的大部分火山灰迅速落到地上。

因此,专家们最初估计水下爆炸对地球气候的影响微乎其微。但这些估计是基于火山喷出的火山灰和气体的数量,并没有考虑到所有多余的水蒸气,这可能同样有问题。

研究人员警告说,这种多余的水可能会产生辐射效应,就像温室气体一样使大气变暖。因为水可能比其他火山气体停留的时间更长,比如二氧化硫——通常会在两到三年内从大气中消失——水的变暖效应可能会超过气体产生的任何冷却效应。

研究人员写道,这意味着汤加爆炸很可能是有记录以来第一次在地球上引起变暖效应而不是冷却效应的喷发。

研究人员还指出,水蒸气的急剧增加可能会减少平流层中的臭氧量,从而可能会削弱保护地球上的生命免受太阳紫外线辐射破坏的臭氧层。随着时间的推移,平流层水或 H2O 会分解成 OH 离子。这些离子可以与由三个氧原子组成的臭氧发生反应,产生水和氧气。然而,研究人员写道,目前尚不清楚这将如何影响整个臭氧层。

研究人员警告说,平流层中额外的水蒸气可能会导致全球变暖或可能削弱臭氧层。 (图片来源:Shutterstock)
研究人员警告说,平流层中额外的水蒸气可能会导致全球变暖或可能削弱臭氧层。 (图片来源:Shutterstock)

然而,研究人员还认为,增加的水蒸气可能会减少大气中的甲烷含量,而甲烷是造成气候变化的主要温室气体之一。 与臭氧反应的相同 OH 离子也可以与甲烷反应生成水和甲基自由基(甲烷少一个氢原子),它在大气中捕获的热量比甲烷少得多。 研究人员写道,希望甲烷的这种潜在减少可能会抵消一些由水蒸气引起的变暖。

然而,该研究的作者认为,现在预测汤加火山喷发的确切气候影响还为时过早。 研究人员写道:“继续监测这次喷发和未来的火山气体以更好地量化它们在气候中的不同作用至关重要。”

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