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科技日报记者 张梦然

2022年汤加海底火山爆发的规模相当巨大，甚至切断了海底电缆，让整个国家瞬间“失声”，3天后才与世界重新对话。这一灾难也成为全球关注焦点。《自然·地球科学》最新发表的一项研究报道了一种模拟大型爆发式火山喷发的方法。该研究表明，这类喷发形成的灰气柱会周期性崩塌，还会产生一波波有害的火山灰沉积。保存在海里的这些沉积波或能增进人们对这类喷发事件的理解。

模拟形成破火山口的海底火山喷发。图片来源：《自然·地球科学》

规模最大的爆发式火山喷发能形成又宽又深的凹陷，也称破火山口，并产生有害的火山灰降落、流动的火山灰和火山岩，有时甚至能引发海啸。然而，人们对这类喷发的潜在危害一直缺乏理解。大部分位于西太平洋海平面下的汤加洪阿哈阿帕伊岛火山的剧烈喷发，就形成了直径约4公里的破火山口。这类喷发形成的海底破火山口有一个特征，它们会在海底形成间隔规律的同心断阶。

加拿大不列颠哥伦比亚大学团队此次将含有粗细颗粒物的水喷射到深度不一的水箱底部，借此模拟会形成破火山口的灾难性喷发柱，并分析了由此得到的喷泉和颗粒物沉积。他们的实验揭示了这些喷泉会周期性崩塌，并将物质以“沉积波”的形式递送到海表和海底，频率取决于喷泉混合物的喷射率和浮力。

团队推断在大自然中，这些沉积波会产生有害的火山灰流，如果在海底的话还会形成海啸和海底断阶沉积。他们还研究了包括圣托里尼在内的一些海底破火山口的断阶式沉积，并用他们在实验中的发现证明，根据断阶的结构和间隔就能估算出水深和喷发强度。

团队指出，该研究结果同时适用于地表和海底的大型爆发式喷发，有助于人们理解既往喷发事件以及未来喷发可能造成的危害。