汤加火山爆发产生神秘大气涟漪

2022-01-20 10:49:03 来源：中国科学报

图片来源：Lars Hoffmann/NASA

近日汤加火山的爆发引发了一系列令人费解的地球大气涟漪，科学家正加紧研究这一现象。卫星数据显示，这一事件引发了一种不同寻常的大气重力波，以前的火山喷发还没有产生过这样的信号。

据《自然》报道，这一发现是1月14日汤加火山爆发数小时后，由美国宇航局Aqua卫星上的大气红外探测器（AIRS）收集到的。

卫星图像显示了几十个同心圆，每个同心圆代表大气中快速移动的气体波，并且绵延超过16000公里。这些波从海洋表面到达电离层，研究人员认为它们可能环绕了地球好几圈。

德国于利希超级计算中心大气科学家Lars Hoffmann补充说：“这台仪器已经运行了大约20年，我们从来没有见过这么好的同心波模式。”

大气中的空气分子在空气柱中受到垂直扰动而不是水平扰动时就会产生大气重力波。当风从山顶掠过时加速，或者当地天气系统对流时可能会发生这种情况。这种上下波动在大气层中传递能量和动量，它们的影响通常表现为在高高的云层中形成一系列涟漪。

从理论上讲，火山喷发产生的热空气和火山灰迅速上升，在进入上层大气后可能会引发更大规模的重力波。但是，自从2002年5月AIRS仪器发射以来，科学家还没有观测到类似的情况。

英国巴斯大学大气物理学家Corwin Wright说：“这是真正让我们感到困惑的地方。这一定与正在发生的物理现象有关，但我们还不知道那是什么。”

Wright团队怀疑，上层大气中“巨大的、杂乱的热气体堆”可能是引发这些波的原因。他认为，热气体上升到平流层，会撞击周围的空气。

汤加火山爆发的声音传遍了南太平洋，甚至在美国的部分地区也能听到。火山灰覆盖了汤加的许多地区，但由于断电、电话线和互联网连接中断，救援机构很难评估其伤亡和损失程度。

Wright是第一个在Hoffmann提供的数据中发现重力波模式的人。他表示，这些图像如同不同大小和类型的波的混合物。大气中的对流似乎非常复杂和颠簸，同时正在产生一系列的东西。“这是我们认为目前正在发生的事情，但我们只研究了几个小时。”Wright说。

牛津大学气候科学家Scott Osprey表示，这次火山喷发可能在引起这些重力波方面是独一无二的。

火山喷发可能持续了几分钟，但其影响可能是持久的。在热带地区，重力波会干扰周期性的风向逆转，Osprey认为，这可能会影响远至欧洲的天气模式。

研究人员正在密切监测该火山的进一步喷发。新西兰奥克兰大学火山学家Shane Cronin说：“我们只是在密切关注事态的发展。火山可能会从地下深处重新注入大量岩浆，从而产生更大的爆发。但是如果它已经耗尽了主要供给，则可能只会产生较小的喷发，且大部分隐藏在海洋表面之下。（辛雨）