费杰:中国「最」懂火山的人,告诉我们汤加到底经历了什么?
2022年01月23日  |  来源:人物作者 人物  |  阅读量:3170

很长一段时间里,研究历史时期火山喷发的费杰是个冷门学者,他有着孤独的一面。

这次汤加火山爆发,他也没有跟身边的人聊过,因为研究的人实在太少了,聊不起来。他身边的同事,也很少有人是研究火山的。甚至,有认识他很多年的朋友,之前都不知道他到底是研究什么的。

因为关注的火山喷发比较多,当他这次看到汤加的新闻时,感觉反而比较平常。在他看来,这次火山喷发的规模和影响,放在历史中来看,还是比较小的。他梳理过近两千年火山喷发对气候影响的研究,算得上是国内最了解火山如何影响人类历史的人之一。

他发现,历史上几次大的火山喷发之后,全球平均气温下降,中国也曾遭遇夏季低温冷害和严冬。

比如,公元934年前后,冰岛埃尔加火山有过一次喷发。同一时期,中国的后晋经历了「大雪害民,五旬不止」,随后,一场空前严重的旱灾和蝗灾引发的饥荒席卷黄河中下游地区。饥荒发生三年后,契丹攻入,后晋就灭亡了。

尽管以上只是学术推测,并无确切因果关系,但火山对人类历史的影响不容小觑。事实上,火山离我们的生活也并不遥远。我们游玩过的景点,可能曾经就是一座火山,有的建筑就建在火山口上。

来自复旦大学中国历史地理研究所的教授费杰,讲述了他所知道的火山,以及作为一个冷门学者,到底是孤独还是幸福。

以下是他的讲述——

1

这一次汤加火山爆发引起很大关注,但我看到这个消息的时候,感觉还是蛮平常的。因为我做的是近两千年火山喷发对气候影响的研究,关注的火山喷发比较多了,这一次的规模和影响放在历史的角度来看,确实还是比较小的。

喷发的火山叫洪阿哈阿帕伊火山,它在汤加语中就是「火山喷发」的意思,这座岛本身就是近年来通过火山喷发形成的新岛屿。汤加一带一直是火山喷发高发地带,因为它正好位于板块边界,地质活动很活跃。

除了汤加本地的情况,我知道大家都在关心这次喷发到底会带来什么影响,尤其是对气候。

这种担心不无缘由。从历史上看,1991年皮纳图博火山喷发,次年全球平均气温下降约0.5°C,在我国造成了夏季的低温冷害,东北的水稻都无法成熟;更久远的一次是1815年印尼坦博拉火山喷发,甚至造成了1816年「无夏之年」,全球平均气温下降约1°C。

我们看火山喷发如何影响气候变化,要看一个最关键的因素,就是它喷出的酸性气体总量。

这次汤加火山的卫星图像上,在喷发的瞬间,有一朵灰白色的蘑菇云蒸腾而出,这里面除了一些大颗粒的火山灰、岩石碎屑外,主要就释放出了二氧化硫等大量的酸性气体。这些硫化物进入大气层,就像给天空盖上了一层毯子,会阻断太阳辐射,可能对全球造成一个降温效应。

卫星观测到火山爆发的影像 

国外学者估计,此次汤加火山爆发,二氧化硫喷发量只有0.4个百万吨。这是一个什么概念呢?

我们再对比一下,1991年皮纳图博火山喷发的二氧化硫大约20个百万吨,而印尼坦博拉那次大约有53到58个百万吨。

如果按照这个数量级粗略地估算,0.4个百万吨硫化物能造成全球降温的幅度大约只有0.01°C,对于全球平均气温的影响是非常小的。

每一次火山喷发,给不同地区造成的影响是不同的,很难预测天气灾害会在哪里以什么方式体现出来。

如果在历史上找一个位置接近的例子,1453年前后,在汤加火山西侧大约一千公里的Kuwae火山喷发,造成了1453到1455年,我国春季异常多雪,杭州湾甚至出现了海冰。但Kuwae火山的二氧化硫喷发量在100个百万吨左右,规模比这一次要大很多了。

目前汤加国内的情况还不太明朗,但可以肯定的是,火山喷发对当地的生态环境肯定会造成很大的影响。首先是降雨中会带有硫酸、盐酸、硫化氢等腐蚀性成分,对于当地的土壤、水源,都会造成很大的影响,可能造成地表植物大规模的死亡、土地长时间的荒芜。一些区域的环境甚至可能要几十年才能恢复。

其次是火山灰的覆盖可能厚达几十厘米,甚至1米以上,其中夹杂的有毒有害物质在空气中飘散形成火山霾,会对人的呼吸系统造成破坏。

历史上曾有火山喷发造成区域性疾病流行的案例。1815年印度坦博拉火山爆发之后,气候的异常导致霍乱弧菌发生突变,引发了19世纪知名的霍乱疫情,据估计有数百万人死于这场大疫。

现在在新冠流行的背景下,再叠加有毒气体对呼吸系统的侵害、寒潮对病毒传播的加剧,汤加及其周边区域未来有可能出现大规模的流行疾病,这个问题应该引起重视。

汤加当地被厚厚的火山灰覆盖  

2

研究生时期,我在中科院地球环境研究所,跟着我的导师做隋唐五代时期气候变化的研究。当时的目的只是为了厘清气候变化的脉络,并没有关注变化的原因。我看材料的时候发现,后晋时期,在939年前后有很多异常的天气现象,它连续几年冬季严冬、雪灾,夏季霜灾,甚至出现降雪。当时的皇帝很着急,解释不了呀,只能命令群官去祈祷。

我们当时也解释不了,但我们可以去寻找研究的灵感,发挥学术的想象力。

因为我本科在中国矿业大学,听了不少地质学的课程,对火山有了一些基本的了解。我知道在人类活动还没有排放大量温室气体之前,火山喷发和太阳活动是气候变化最主要的两个原因。当时我去查了太阳活动的记录,在那几年都没有异常,所以就开始猜测,是不是跟火山爆发有直接的关系。

历史时期火山喷发研究是一个比较冷门的学科,国内外做的人都很少。我找了近半个世纪几乎所有研究火山活动的论文。最后终于找到1980年发表在《Nature》上的一篇文章,它研究了格陵兰岛上开采出来的冰芯,得到了过去1500年火山喷发的一个序列。因为有大规模火山喷发的年代,冰层上的酸性物质含量会特别高。那篇论文里记载了公元934年前后,冰岛埃尔加火山有过一次喷发。我意识到这对解释后晋气候变化有突破性的意义。

这一次喷发持续了至少3至8年,喷出地表2.32亿吨二氧化硫,是已知过去两千年最大规模的玄武岩泛流式火山喷发。在土耳其君士坦丁堡,934年冬季异常寒冷,大地封冻超过120天,饥荒空前严重,饿殍遍野;939年,爱尔兰连续两天太阳呈血红色,在晴空中几乎没有光辉;同年冬天,伊拉克底格里斯河出现罕见洪水。

就在同一时期,中国的后晋经历了「大雪害民,五旬不止」,随后,一场空前严重的旱灾和蝗灾引发的饥荒席卷黄河中下游地区。史书上的记录触目惊心,「民馁死者数十万口,流亡不可胜数」,「晋祚自兹衰矣」。饥荒发生三年后,契丹攻入,后晋就灭亡了。

后来这篇文章在国外期刊上发表,对于一个研究生来说是很不错的成果。这个学问确实是太冷门了,1980年的一篇文章,到我2003年去读的时候已经20多年了,一直没有人突破。

虽然说是「灵感」,其实背后需要的是地质和历史两方面的背景,有这个资历的人比较少,恰好我都具备。从此之后,我就开始深入研究火山爆发对气候的影响,解释气候变化,同时也能帮助我们梳理一些历史事件与火山喷发的因果关系。

日本岩手县受汤加海底大规模火山喷发后潮位变化影响,当地民众避难 

3

在国内做这个研究有不利的因素,就是国内的活火山太少了。在近一万年中曾有过喷发的火山被叫做「活火山」,不再喷发的叫做「死火山」,还有一些本来已经沉寂成千上万年,但睡着睡着又醒了的,我们就称之为「休眠火山」。

中国境内的活火山主要有长白山天池、黑龙江五大连池、云南腾冲、台湾大屯火山等。直至19世纪,「火山」这一地质学术语才传入中国。

中国近两千年历史上规模最大的一次喷发,就是长白山天池火山的「千年大喷发」。

叫它「千年大喷发」,并不是它喷了一千年,而是它在距今一千年前左右喷发。但遗憾的是,我们一直不知道它准确的喷发时间。

一般我们可以通过被火山熔岩流烧毁的炭化木进行碳14测定,但长白山测出来的结果却五花八门,从公元700多年一直到1200年都有,可能是因为这个火山每隔几十年、上百年就会有一次小的喷发,也可能还受到一些森林火灾的影响。

在那段时间中,日本奈良曾有降灰的记录,高丽(朝鲜)也发生过「天鼓鸣」,人们听到天空中传来巨响。但这些都不能作为测年的直接证据。

长白山下一次喷发会在什么时候出现,我们也不得而知。

有一些大家比较熟悉的山其实就是火山,只不过现在人们都不知道了,比如上海的佘山、合肥的大蜀山。我到大蜀山去的时候,还能看到它三千多万年前喷发的熔岩流,但已经看不到火山口了。抗日战争时期,日军在上面修了一个要塞,后来我们又在上面修了一个电视塔,其实把它的火山口都给破坏掉了,很多的复原工作就没办法做了。

我们还有一个传统,喜欢在山顶上建佛庙、道观,如果是火山的话,正好就建在火山口上了。

再比如在我的老家无锡,无锡的阳山就是一座中生代的火山,因为曾经有火山灰覆盖,阳山的土壤特别肥沃,特别适合种植水蜜桃。水蜜桃就变成了无锡的一个特产。

除了喷岩浆的火山,还有一些火山因为温度较低,只能喷泥浆,我们叫它「泥火山」,还有的温度更低,连泥浆都没有,只能喷热水,我们就叫它「温泉」。

所以,我们的生活与火山的距离没有想象中那么遥远。

在中国做火山研究也有一个好处,就是史料比较丰富。中国历史上对大气异常现象记录得比较充分,因为古人们常常把它跟皇帝的德行联系到一起去。比如汉元帝时期曾连续几年「夏寒,日青无光」,也就是夏天寒冷,阳光暗淡。当时就有大臣进言,这是皇帝重用权臣的后果,还引发了一些朝争。

今天我们发现,就在前一年,公元前44年,意大利西西里岛上的埃特纳火山喷发了。这次喷发也在地中海地区造成动荡,粮食歉收,饥荒遍野,疾病肆虐。凯撒大帝就在同年遇刺身亡。

史料也不是不会骗人,正因为古人把天气和人联系到一起,很多伟大历史人物的出生都伴随着「天降祥瑞」,这里面的真实性就需要去分辨。但好在,史官有可能为了美化皇帝,去编造一些「祥瑞」,但基本不会冒着风险去编造天灾,而火山爆发引起的往往是降温、干旱等灾害性天气,因此我所关注的这些材料还是比较靠得住的。

火山喷发造成降温的机制我们是比较清楚的,相比之下,它与降水、洪涝、干旱之间的关系比较复杂,具体的机制还不太清楚。但统计资料显示,历史上大多数大规模的火山喷发后,中国都出现了旱灾。

我的很多研究成果放在历史学家眼中,他们会觉得结论并不严谨,总希望能界定出一个非常确切的因果关系。但在气象学家、地质学家眼里,这种推测性的结论是很正常的。地球的气候太复杂了,一场旱灾背后,可能有火山的因素、太阳活动的因素、季风洋流的因素、人类活动的因素等等,很难得出像一加一等于二那样明确的结论。

因此此次汤加火山爆发,对于气象学家来说也是一个很好的机会,他们可以进行更加精密的观测,来解释更多的科学问题。

海啸浪潮抵达美国西海岸,环太平洋多国受汤加火山喷发影响  

4

近年来,随着极端天气事件增多,气象学逐渐成为一个「显学」,大众对它的关注越来越多了。很多人担心全球变暖会不会给人类发展带来灾难。但这其实同样是一个非常复杂的问题。从近两千年的历史维度来说,相对温暖的时期都是人类社会活动比较繁荣的时期;全球变冷的时期,农业歉收,反而会导致社会的动荡、战争的频发。放在地球的历史上看,我们现在确实在一个比较温暖的时期,但远远不是最温暖的。地球自身的温度变化接下来怎么发展,在一个长时间尺度来看,也是不一定的。

火山的研究做多了,也给我打开了看待历史不同的视角。在人类的眼光看来,火山喷发是一种「灾害」,但如果站在更长远的历史角度,火山喷发就只是一种自然现象,甚至一定程度上塑造了我们现在的地质景观。

比如印度中南部的德干高原,就因大规模火山喷发而形成。距今6500万年前,巨量的熔岩洪流覆盖了数十万平方公里的面积,冷却后就形成了今天的德干高原。

在那一时期,全球都发生了大规模的火山喷发事件,其背后的原因可能是一次陨击事件,即小行星撞击墨西哥尤卡坦半岛。

有科学家推测,正是这一连串事件造成了恐龙的灭绝。

在2022年1月14日汤加火山小规模爆发后,有人在微博上发出照片,汤加天空出现了非常绚丽的霞光。由于硫酸性气溶胶在平流层形成尘幕阻挡太阳辐射,在日出、日落前后,波长最长的红光透进来,就形成了绚丽的「曙暮光」。目前它只出现在南太平洋区域,随着气溶胶在平流层的移动,全世界都有机会观测到这一现象。

网友拍下的汤加天空   图源微博@逆生长的辣妈

1883年,爱德华 · 蒙克在名作《呐喊》中所画下的非常绚丽的伦敦天空,很有可能是当年印尼Krakatoa火山喷发所造成的曙暮光。或许几个星期,甚至几个月之后,我们在中国也能看到这样的天空。

做一个冷门学科的研究,有孤独的一面。冰岛火山爆发与后晋气象灾害的那篇论文2006年在国外发表之后,读的人当然就非常少。直至2019年我的书出版之后,参加了一些科普性的演讲,才得到了一定范围的关注。有认识我很多年的朋友给我发信息,「原来你是做这个的啊!」之前他都不知道我到底是干什么的。

这次汤加火山爆发,我都没有跟身边的人聊过,因为研究的人实在太少了,聊不起来。我的导师、我的研究生,还有身边的同事,很少有人研究火山。

但我还一直记得复旦的老校长杨玉良院士跟我说过的一句话。他说你们做科学研究的,伸出一只手数一数,自己能不能排进世界的前列?如果说你做了半天,在世界上根本数不到你,那你就赶紧换一个方向。他这个话给我很大触动。如果老是人云亦云,追在国外研究的后面跑,也没有太大的意义。做别人做不了的东西,才能做出特色。

从这个角度来说,做火山研究也是相当幸福的一件事。我也算是一个自得其乐的学者了。

(费杰为复旦大学中国历史地理研究所的教授。)

分类: 全球治理 2021
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