【搅动半个地球？五问#汤加火山#】北京时间1月15日中午12时左右，南太平洋岛国汤加的一座岛屿海底火山剧烈喷发。卫星观测显示，火山灰和大量气体从太平洋海面迅速升起，其形成的蘑菇云团顶直径达到400至500公里，火山灰达到距地面约28公里的高度。

这场“史诗级”火山喷发导致当地网络几乎完全中断，约一万公里之外的阿拉斯加也能听到火山喷发的咆哮声。其引发的海啸还影响了整个太平洋沿岸地区，日本、斐济等多国接连发布海啸警报，中国沿海海域也监测到海啸波。

目前，这场爆发于南太平洋的火山喷发已经搅动了近半个地球。那么，此次喷发为何会如此猛烈？接下来还会发生高强度喷发吗？此次喷发对全球气候变化会有极大的影响吗？《中国科学报》就此采访了火山研究专家、中科院院士刘嘉麒等多位专家。

一问：“威力”究竟有多大？

汤加王国属于大洋洲，是由173个岛屿组成的岛国，大部分为珊瑚岛，约40个岛屿有人居住。此次火山喷发位于无人居住的洪阿哈阿帕伊岛，距离汤加首都努库阿洛法以北约65公里。喷发于当地时间1月14日开始，在1月15日下午第二次剧烈喷发。

卫星观测显示，大规模喷发后，火山灰、蒸汽和气体在当地太平洋蓝色的海面上空升腾而起，巨大的声响远在美国阿拉斯加都听得到。此外，喷发后一波约1.2米高的海啸袭击了汤加首都努库阿洛法，该市许多广场和主要街道都被洪水淹没。据报道，喷发还导致汤加海底电缆断裂，整个国家在互联网世界中消失。

喷发发生后，包括日本、斐济等国家，以及美国夏威夷、阿拉斯加和太平洋沿岸在内的大部分环太平洋地带都发布了海啸警报。美国地质勘探局估计，这次火山爆发引发了一次相当于5.8级的地震。

“此次喷发规模相当大。”刘嘉麒对《中国科学报》说，火山从海底喷发穿过四五千米深的海洋到达地表后，火山灰还能升到20多公里的高空，又引起比较强烈的地震和较大范围的海啸。“如果在地面喷发，火山灰甚至可能达到40公里的高空。”

他表示，此次火山喷发是1991年菲律宾皮纳图博火山（火山喷发指数VEI达到6级）爆发以来，地球上发生的最强火山喷发。尽管如此，在他看来，其强度或能达到5级，仍达不到6级。“否则，整个岛屿可能会被掀掉。”他说。

有媒体认为，此次火山爆发释放的能量相当于1000个广岛原子弹。刘嘉麒并不赞成这种比喻。在他看来，尽管火山喷发类似于自然界的原子弹或者地雷的爆炸，会造成很大的破坏，但很难计算其释放的物质当量。

二问：火山活动缘何频繁？

过去100年，洪阿哈阿帕伊岛海底火山活动十分活跃，曾经历多次喷发，不断塑造着岛屿的面貌。

“根据测量，该火山隐藏在海底的部分高约1800米，宽约20公里。巨大的海底火山顶着两个长度约2公里的小岛，分别是海底火山口边缘的西部和北部残余。2014年12月的一次喷发在两个大岛之间形成了一个新的岛屿。”中科院大气物理所博士左萌向记者介绍。

就在此次大规模喷发之前，该海底火山在2021年12月20日还曾喷发过一次，火山灰达到16公里的高度，喷发过程持续至12月21日凌晨左右逐渐减弱。

根据相关媒体报道，此次喷发之后，基本上位于北部的整个岛屿都沉入海底，还使得2014年形成的新岛屿沉入海面以下。

这一地带的海底火山缘何频繁喷发呢？对此，刘嘉麒解释，这与其所处的地质环境有着很大的关系。首先，这一带附近有着“地球第二深”的汤加海沟——深达10882米，仅次于马里亚纳海沟，是岩浆、火山和地震活动比较活跃的地方；同时，其附近多岛屿，地质构造比较活跃，作为汤加-克马德克群岛火山弧的一部分，地震、火山经常发生；另外汤加又处在太平洋板块跟大洋洲板块交界处，板块互相碰撞俯冲，也是引起火山喷发和地震的一个重要因素。

“所以，这里火山喷发频繁是很正常的。”刘嘉麒说。

三问：会引发“无夏之年”吗？

作为本世纪迄今为止最大的火山爆发，此次汤加火山喷发引起关注的一个话题是：它是否会极大地影响全球气候变化，甚至引起“无夏之年”？

与引起1816年“无夏之年”的坦博拉火山爆发相比，中科院大气物理所副研究员魏科认为，汤加火山喷发量级差距巨大，如果后期没有更强的爆发，此次火山爆发对全球气候的影响非常有限。

“火山影响气候并不是通过火山灰，而主要是通过火山喷发的二氧化硫。”魏科说，“二氧化硫气体会直达平流层，在较短时间即会形成硫酸气溶胶，随着平流层环流输送到全球各处。由于平流层环流稳定，所以硫酸会持续更长的时间，起到‘阳伞’作用，通过阻挡太阳辐射，引起近地面温度降低。”

他表示，火山爆发要对全球气候产生可识别的影响，据估算至少要喷发数百万吨以上的二氧化硫进入平流层。“此次火山爆发评级为5级左右比较合适，大概有40万吨二氧化硫进入平流层，总体而言，这一数值距离可以对全球气候有所影响，还有非常大的差距。”

值得注意的是，大规模火山喷发对气候的影响不仅仅局限于全球温度，也会对热带海温分布状态有所影响，还可能产生其他的环流影响。“从统计上讲，火山爆发有助于厄尔尼诺的发展。由于目前处于拉尼娜状态，因此可能会有助于拉尼娜的消退。但统计规律并不一定适合每一次的火山过程，还需要后续的观察和分析。”魏科说。

刘嘉麒也认为，此次火山喷发对于气候环境和生态产生的影响只是局部的、短时间的。他指出，历史上的相关影响大都不是某一局部火山喷发造成的，而更可能发生在大火山省喷发的情况下。“比如200多万平方公里的西伯利亚大火山省，或是我国峨眉山五六十万平方公里的大火山省喷发，会对气候环境和生态产生一些大的影响。”他说。

四问：火山活动还会持续吗？

“火山喷发通常是间歇性的，但也有连贯性。这个地区这么大的喷发规模，不会马上完全静止。”刘嘉麒表示，一方面，对于一座海底火山来说，目前能了解的仅是水面以上的情况，海底未到达水面的小规模喷发无法监测。另一方面，现在到达水面以上的喷发仅过了三四天，不可能完全静止。

“有的时候它会先释放一些能量，蓄积一段时间的能量后继续喷发。”刘嘉麒说，“如果条件具备，像15日这么大规模的喷发也并非不可能。但一般这种几率比较小，因为它已经释放了比较多的能量。”

中科院地质地球所副研究员孙春青也向本报表示，由于岩浆房内部储存的大量能量和物质已被释放，因此尽管不能排除其可能性，但大规模喷发几率不大。

五问：对中国影响几何？

根据中国自然资源部海啸预警中心最新监测结果，中国沿海海域于16日凌晨监测到海啸波，其中浙江石浦站最大海啸波幅约20厘米，其余潮位站海啸波幅均小于15厘米。此次喷发过程未对中国沿岸造成灾害性影响。

如果发生进一步喷发是否会影响到我国沿海地区呢？在刘嘉麒看来，我国不大可能遭受此次喷发带来的海啸的影响，因为我国大部分沿海地区有导弧链阻挡。不过，海南、台湾以及浙江、福建等有着裸露海岸线的地区可能受到大规模海啸的波及，因此应加强防范。

据孙春青介绍，近百年来，除了1951年西昆仑山地区，中国大陆几乎没有火山喷发。目前已知中国历史上最强的火山喷发是1000年前的长白山火山喷发，喷发指数达到6~7级。距离长白山1000公里之外的日本发现了数厘米厚的火山灰，在相距上万公里的北极格陵兰岛冰芯中也找到了那次长白山火山喷发的火山灰。这是当时规模很大的一次火山喷发。

“自然灾害不分国界，应该做到及时预测、防范和应对。”刘嘉麒说。他表示，火山喷发和地震预测一样，主要包括三个参数：时间、地点和强度。与地震不同，陆地火山喷发的地点和强度时间和强度现在基本上能精准地预测。

“但不像陆地，目前全球对海底火山尚缺乏监测，达不到准确预测的水平。现在地球科学正在向着深空、深地、深海发展，火山作用与这三个方面都密切相关，所以应该在这方面下功夫。”刘嘉麒说，由于历史等原因，我国研究火山的人太少，重视程度也不够，相关研究也遇到一些瓶颈。随着科学和社会的发展，这方面的研究必须得加强。https://t.cn/A6J9yYPD

“惟江上之清风，与山间之明月，耳得之而为声，目遇之而成色，取之无尽，用之不竭。是造物者之无尽藏也”。说出这句话的苏轼前辈尽管很有洞察力，但他做梦也想不到清风不仅能为“无米炊”，还能做“万金油”。 前不久，中国科学家在实验室中首次实现从空气中的二氧化碳到淀粉分子的全合成，为应对粮食危机和气候变化提供了一条很有前景的策略。 无独有偶，近日瑞士苏黎世联邦理工学院（ETH）的科研团队设计了一套利用阳光和空气直接生产液态烃或甲醇燃料的装置，为吸收和利用二氧化碳提供了又一条光明道路。 这项成果目前已发表在学术期刊《Nature》上。据报道这种装置在日常条件下运行，能在一天7小时的工作时间内生产32毫升甲醇。听起来是不是很神奇呢，接下来就让我们一探究竟吧。 从空气到燃料的奥秘 位于苏黎世联邦理工学院机器实验室大楼楼顶的这套金光闪闪的实验设备，就是今天故事的主角。看外表颜值不凡，简约大气，还打着一把太阳伞，很有格调的样子。它的内心是否像表面这么精简呢？看起来并不是，而是有点复杂。 实验装置工艺流程图（图片来源：Nature） 但大道至简，真理往往是简单的。为了让大家更清晰快速地了解其工作原理，这里提供一张该装置生产空气燃料的简易流程图供参考： 我们都知道，自然界有一条重要的定律，那就是质量守恒。物质在化学反应过程中原子种类不变，数目不增不减，只是发生重新结合，从一种连接方式转化为另外一种连接方式，就像一个班级调换座位后重新划分小组一样，打乱又重组，但班里的人没有变。 如果我们想要得到甲醇或其他液态烃类燃料，那么制备它们的原料也应要含有同样的元素，即——碳、氢、氧。空气属于混合物，里面含有氮气、氧气、稀有气体、二氧化碳以及其他物质。其中二氧化碳的体积分数约为0.04%，水蒸气和其他杂质约占0.002%，含量较为可观且含有想要的元素，这就为液体燃料的生产提供了可能。经由空气捕获装置收集和纯化，便可以得到较为纯净的二氧化碳（纯度98%）和水（污染物低于0.2ppm），那接下来的任务就是把二氧化碳和水转化为燃料。 直接转化比较困难，一种权宜之计就是先把它们制备成合成气，即氢气和一氧化碳，这是制备许多化工原料的原料气。这套实验装置采用的方法是利用太阳能，驱动二氧化碳和水蒸气与三氧化二铈发生氧化还原反应，二氧化碳和水分别被还原为一氧化碳和氢气，而三氧化二铈被氧化为二氧化铈。氧化产物二氧化铈还可以通过吸热还原为氧气和三氧化二铈，便于再次循环利用。合成气一氧化碳和氢气接下来会进入反应设备生成目的产物液态烃或甲醇，也就是空气燃料。 实际运行的效果 这一条以空气为原料制备液态燃料的路线听起来合理，那实际是否行得通呢？首先我们看下产量。研究人员发现，该装置在正常工作条件下一天运行7小时，通过连续的17次氧化还原循环，共获得96.2升的合成气，这些合成气可在装置中进一步加工成甲醇。 装置测得的合成气单程摩尔转化率为27%，产生的甲醇纯度为65%。 剩余的未转化的合成气经过6次循环转化后，最终总摩尔转化率为85%。一天运行7小时，得到的纯甲醇量为32毫升，这个产量的燃烧热和一盏功率为9瓦的日光灯照明15小时消耗的电量差不多。当然这种设备并不是只能生产甲醇，通过选择具体的合成工艺，也可以定制其他烃类燃料。 研究者设想，如果该项成果投入商业应用，将会创造巨大的收益。例如，商业规模的太阳能燃料工厂可以使用10个定日镜场，假设每个定日镜场收集100兆瓦的太阳辐射热能，系统的总体效率为10%，那么每天就可以生产95000升煤油，足够为一架载有325名乘客的空中客车A350提供从伦敦到纽约往返的燃料。 那么这些燃料的质量如何呢？我们和常规的航空燃料对比一下。目前生产航空煤油的常规方式是重油加氢裂化，产物中不可避免会带有空气污染物，比如含硫化合物、含氮化合物、稠环芳烃、重金属等。而燃烧测试表明，通过该太阳能氧化还原装置生产出来的喷气燃料有害物质排放则显著减少，这是一个独特的优势。另外，石油属于不可再生能源，而空气可以源源不断地获取，从长远来看也更有前景。 折腾一圈的意义 故事并没有终结。在这个太阳能氧化还原装置里，二氧化碳和水在太阳能的作用下转化为液体燃料，而当液体燃料投入使用后又会生成二氧化碳和水。从物质的角度考虑，碳排放和消耗相等，所以研究者称其为“碳中和的里程碑”。从能量的角度考虑，在燃料制备过程中能量大多来自太阳能，而后续燃料燃烧又可以根据需要转化为其他形式的能量，因此相当于间接利用清洁能源。 此外，研究者算了一笔账，基于当前太阳能燃料系统的工作性能，空气捕获装置捕获量达每年10万吨二氧化碳时，大约需要4500平方米的占地面积。假设系统的总体效率为10%，那么这样一个太阳能燃料工厂每年将生产约3400万升燃料。相比之下，2019年全球航空煤油消耗量为4140亿升，若要完全满足全球需求，所有太阳能发电厂的总占地面积仅为4.5万平方公里。 这样看来，太阳能燃料系统原料易得，环境友好，占地面积小，似乎很容易推广，但实际却面临着挑战。太阳能热化学燃料的初始投资成本很高，每升常规喷气燃料的成本通常不超过1美元，而每升太阳能喷气燃料的成本超过了10美元，所以在短期内并不占优势。 鉴于此，研究者有两点考虑，一是呼吁政策支持，为第一代商用太阳能燃料发电工厂创造一个短期市场，迈出这一步十分关键；二是自我提升，通过规模效应和流程优化，关键部件的大规模生产和精益求精来降低成本，从而提升市场竞争力。 脱碳是一个长期的主题，是全人类共同面临的问题。从质量守恒的角度来看，碳虽然不会消失，但可以转化为一种更有益的存在形式。到目前为止，我们还不知道二氧化碳究竟蕴藏着多大的转化潜力，存在多少种可能的用途。这一切取决于人类的想象力，这是创新和改变的源泉。

【记者探访海口部分文物保护单位】前年，我省公布了第四批省级文物保护单位名单，其中，古遗址5处、古墓葬2处、古建筑12处、石窟寺及石刻1处、近现代重要史迹及代表性建筑10处。自去年12月份起，本报记者分头探访了位于海口的达士巷古道、钟芳井、吴元猷故居、石室仙踪摩崖石刻、国仓村石桥等多处省级文物保护单位，发现部分文物保护单位破损较严重，亟待修复。

　　【吴元猷故居】

　　海口灵山镇道郡村

　　房檐围墙破损，部分建筑毁塌

　　2021年12月9日，记者驱车来到海口市美兰区灵山镇大林村委会道郡村吴元猷故居，故居砖墙两侧分别悬挂“提督军门”、“水师世家”木质牌匾。故居相关材料介绍显示，吴元猷故居始建于清嘉庆15年（1810年），坐西朝东，现有30多间配套的厢房、书房、账房、伙房、马房等建筑，是我省保存较为完好的清代建筑群之一，2020年1月8日被列为我省第四批省级文物保护单位。

　　故居庭院前是一汪池塘，池塘外是成片的庄稼地。道郡村一名村干部介绍，吴元猷当年征战粤琼海域，剿杀海盗，战绩辉煌。在对其功劳的评定上，咸丰帝称其为“海疆镇将”，道光帝赞叹“削平海盗皆卿之力”，琼州府志赞其“有功粤海”。

　　记者参观过程中发现，故居庭院房屋的外墙出现了斑驳的痕迹，庭院中部分建筑已经毁塌。位于庭院东部一房间内，一些房瓦掉落在地，而最东面房屋的房檐、围墙均出现了破损。该村干部称，庭院原北侧有一间房屋，但由于年久失修及受台风影响，出现了倒塌；房屋最东面原本有一栋小洋楼，也由于历史原因，被大火烧毁，楼内杂草丛生，长满藤蔓。

　　“上个世纪90年代，吴元猷的后人曾居住过一段时间，小时候我们曾到院子里玩耍，后来这位后人年纪大了，再加上房屋年久失修存在一定安全隐患，就搬离了。”该村干部介绍，目前该故居由吴元猷后人管理，他们都在海口生活。

　　此外记者注意到，故居北面一处废弃的房屋破败。该村干部称，此处房屋同样属于吴元猷故居的一部分，但目前未列入文物保护单位的范围。记者看到，房屋周边杂草丛生，房顶上的瓦片部分掉落在地。

　　【钟芳井、达士巷古道】

　　海口北胜街

　　游客稀少，井口已被铁网遮盖

　　钟芳井因纪念明代“岭南巨儒”钟芳而得名，井深9.6米，井口内圈被井绳磨出75条槽沟，井口目前已被铁网遮盖。一位阿婆告诉记者，来往玩耍的儿童较多，井口长期敞开，考虑到安全问题，街道办工作人员便将井口盖住。“钟芳井水非常甘甜，在没通自来水前，这条巷子的人都来这打水喝。”

　　从小喝钟芳井水长大的陈阿公今年85岁，6岁便搬到海口北胜街，住所与钟芳井一墙之隔。陈阿公介绍，北胜街内文物保护单位，除了钟芳井，还有达士巷古道、郑存礼故居，“目前达士巷很多古建筑已被楼房替代，钟芳遗址仅剩钟芳井了。”

　　达士巷古道始建于明代，全长116米，路面主要用长方形玄武岩石块横直铺设。“平时没什么游客，一般元宵节会有一些人造访。”附近一名居民告诉记者。

　　陈阿公带着记者走进郑存礼故居，故居内仍有人居住，正屋后院堆放着椅子、木桌、锅、儿童玩具等物件，略显凌乱，院子内晾晒着衣物，鸡笼内圈养着几只鸡。

　　“我是郑氏家族的后人，目前仍有几十人居住在老宅内。祖先郑存礼为继母守孝6年，孝心被上报后，得到‘孝友公’的表彰。”走访当天，郑存礼后代郑振峰告诉记者，希望有关部门对故居进行系统管理。

　　【净禅院】

　　海口龙桥镇挺丰村

　　房梁遭腐蚀存隐患，村民盼保护

　　净禅院作为海南省第四批文物保护单位，位于海口市龙华区龙桥镇挺丰村，建于清乾隆早期，2002年重建，净禅院五屋两院，墙面为火山岩石堆砌而成，正堂有三房，由南至北依次为观音大士庙、符圣地君庙、孔夫子庙。

　　“净禅院是村民祭祀的庙宇。”村干部王宝泉表示，净禅院大门常年敞开，所有人都能来祭拜，“每逢正月十五，附近村民都会到净禅院上香求平安。”

　　王宝泉介绍，受台风影响，净禅院部分瓦片损坏，村民们自发捐款进行修补，但资金有限，房梁、墙体等长期不维修，房梁已被腐蚀，存在一定的隐患，“净禅院承载着一个村的文化底蕴，是一种信仰，也是历史的传承和见证，希望能得到更好的保护。”

　　【国仓村石桥】

　　海口龙塘镇国仓村

　　曾火极一时，如今游客越来越少

　　位于南渡江边上的海口市龙塘镇三联村委会国仓村的石桥，历经500多年风雨，无言地诉说着历史的沧桑。据介绍，被明孝宗御赐为“理学名臣”，被史学界誉为有“明一代文臣之宗”的丘濬，在为母亲守孝的三年期间，即明成化五年（公元1469年）至七年（公元1471年），引领当地群众修建了石桥。由于河岸也是用石板铺成的台阶，连着一条弯弯曲曲的石头桥，一直伸向新旧沟田洋中，石桥水涨则没，水退则显，被当地人称为“蛇桥”。

　　2021年12月9日下午，记者通过地图导航无法找到石桥，随后在村干部带领下前往石桥。路上，记者发现沿途未设指引路标，在靠近石桥50米处才看见相关路标，顺着石道台阶往下走，两旁绿树成荫，但由于年久失修，石阶出现断裂、倾斜、陷落等情况，面目全非。

　　“石桥一般在早春时节水位下降后才露出水面，早稻收割前后即被水淹没，现在这个时节几乎看不到石桥。”村干部介绍，每逢春夏季节，石桥露出水面后，会有不少游客慕名前来，主要以海口市民为主，“石桥在2019年‘火’了一段时间后，受季节性影响，再加上村里周边设施跟不上，这几年游客越来越少了。”

　　【石室仙踪摩崖石刻】

　　海口迈瀛村

　　地处偏僻杂草丛生，鲜有人造访

　　摩崖石刻是中国古代的一种石刻艺术，指在山崖石壁上所刻的书法、造像或者岩画。摩崖石刻起源于远古时代的一种记事方式，盛行于北朝时期，直至隋唐以及宋元以后连绵不断。摩崖石刻有着丰富的历史内涵和史料价值。在海口市美舍河畔，已有750多年历史的海口市迈瀛村内，也有一处石室仙踪摩崖石刻，村民称其为“仙人峒”。

　　2021年12月8日，记者前往迈瀛村了解情况。由于路况复杂，记者询问多位村民，踏过泥泞的土路，在美舍河河畔的一处偏僻位置，找到了“石室仙踪摩崖石刻”，一块巨石上刻着“石室仙踪”四个字。

　　石室仙踪摩崖石刻于2019年10月被列为海口市第四批重点文物保护范围，2020年1月被列为省第四批文物保护单位，其保护范围为以文物本体向外四至延伸，向北30米，向南30米，向西30米，向东30米，面积为4.6亩。

　　据相关资料介绍，该洞口上方刻有“石室仙踪”四个大字，是明万历年间（1573至1620年）任广东琼崖等地方副总兵邓钟所提笔。“小时候，老人们和我们讲述了这里的传说。”村民李先生介绍，邓钟来到这里，听说了“仙人峒”的传说，认为这里是一处风水宝地，便在洞口上方题“石室仙踪”四个字。

　　记者注意到，此处杂草丛生，距离仙人峒洞口处，种上了不少农作物，一些塑料袋等垃圾丢在地上。“石室仙踪摩崖石刻地处偏僻，除了本村村民，很少有人知道此处是省级文物保护单位。”李先生说道。

　　海南民俗博物馆馆长：

　　部分文物竟被拆除

　　海南民俗博物馆馆长高永南对海口历史文物有着20年左右的研究，他常年走访了解海口文物保护情况。他告诉记者，海口有的文物价值被深挖后，得到了很好的保护，但大部分文物在被列入文物保护单位名录后，未得到有效的保护，有的随着时间的推移坍塌了，有的古墓石碑因保护不得当，甚至被全部翻新遭受破坏。

　　“由于宣传不到位，重视程度不够，部分文物保护单位甚至出现被拆除的情况。”高永南称，走访过程中，他向村民打听不可移动文物时，村民们基本一脸茫然，不知道村里有省级文物保护单位。

　　“古建筑既是历史的见证，也承载着人们的乡愁，文物如果消失了，历史的印记就会被逐渐淡忘。”高永南说，为更好保护文物，有关部门出台了相关政策，但具体实施效果并不明显，“要从小培养文物保护的意识，只有走进文物，感受文物，才能热爱文物，从而更好地保护文物。”（由记者 符小霞 吴佳穗 ）