汤加洪加火山喷发引发有史以来最强烈的雷暴

一项新的研究报告称，洪加汤加-洪加哈派火山喷发产生了有史以来最强大的大气爆炸，还在一场持续了11个小时、蔓延150英里（240公里）的超强雷暴中产生了创纪录的闪电次数。

位于南太平洋的火山于 2021 年 12 月开始喷发，但其最具爆炸性的事件直到 2022 年 1 月 15 日才发生。尽管火山的火山口低于海平面 500 英尺（150 米），但爆炸冲破了水面，喷出了高达 36 英里（58 公里）的火山灰柱，喷发速度为每秒 110 亿磅（50 亿公斤）——比 1980 年 5 月的圣海伦斯火山喷发大一个数量级。

该研究的主要作者，美国地质调查局的 Alexa Van Eaton 告诉 Space.com：“对于羽流可以上升的高度和喷发速度可以有多快，都有理论上的限制，而洪加汤加火山喷发打破了所有这些限制。”

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这次喷发打破的另一项记录是闪电的次数。羽流产生了有史以来最强烈的雷暴，高峰时每分钟 2600 次闪电，在 11 个小时内总共产生了大约 192000 次闪电。更重要的是，这场雷暴发生在 12 到 19 英里（20 到 30 公里）的空前高度，比以前见过的任何闪电都要高。这些闪电由旨在跟踪风暴的无线电天线网络和两个地球轨道航天器检测到，分别是美国国家海洋和大气管理局 (NOAA) 运营的 

GOES-17 卫星和日本气象厅的向日葵 8 号卫星。

Van Eaton 说：“我们以前从未见过如此高的闪电频率，而且高度如此之高。”

卫星图像显示，闪电并非随机分布在羽流中，而是发生在几个同心环中，这些同心环似乎与火山的每一次爆发有关。当羽流向上升起时，它膨胀形成一个“伞状云”，溢出的物质落在它上面，并在中性浮力层附近振荡。

Van Eaton 说：“这给云层带来了一个巨大的垂直运动，以至于从羽流中心向外移动的波浪，从波峰到波谷有 10 个垂直公里（6 英里）。”这种振荡压力波，也称为重力波（不要与来自合并的引力波或黑洞或中子星混淆），是闪电的来源。

闪电可能在环形重力波内形成的两种方式。由于洪加汤加喷发发生在水下，因此它向地球大气层注入了大量水，所产生的冰晶带正电荷和负电荷。此外，一些由碎石和岩浆组成的火山灰在喷发时被吹入空中也变成了离子化，从而导致了更多的正电荷和负电荷区域。正是电荷梯度引发了突然的闪电。

虽然以前在火山羽流中已经看到过闪电环，但洪加汤加喷发是第一次看到多个环——总共有四个，与火山喷发的四个阶段相匹配——而闪电像冲浪者在海浪上一样骑在波动的环上。

闪电环也称为“闪电孔”，因为在环内通常没有闪电。然而，这只是洪加汤加喷发的另一个不同之处：在重力波涟漪过去几分钟内，孔洞开始充满闪电。促使这种填充的机制仍然不清楚。

无论如何，闪电的存在突出了如何利用闪电来提供喷发的早期预警。通常，火山学家必须等待 10 分钟左右，才能让一颗轨道卫星探测并拍摄火山羽流，并提醒紧急服务部门，此时，由此引发的海啸可能已经淹没了沿海地区，飓风夷平了树木和房屋，火山碎屑流摧毁了数十平方英里，火山灰堵塞了飞机喷气发动机。然而，闪电以光速在无线电频率下被检测到。不用说，这比卫星、风、地震波和次声波要快。

除了打破当今的记录外，洪加汤加喷发还可以教会我们关于早期地球，甚至可能是其他天体上的火山活动。这次喷发是一种被称为潜水喷发火山的类型，当大量的熔岩通过厚厚的水层喷发时就会发生。如此规模的水下爆炸性火山以前只在地质记录中出现过。

此外，这次喷发“可能对其他行星（如金星）或通常不支持传统闪电的其他行星体上闪电的产生方式产生影响，”Van Eaton 说。

今年早些时候，在美国宇航局的麦哲伦任务从太阳系第二行星金星发回的档案数据中发现了金星上活跃火山活动的证据。然而，火山活动在木星卫星木卫一上很丰富，而土星卫星土卫二上可能也发生着某种形式的低温火山活动，以及木星卫星欧罗巴。

Van Eaton 想知道：“土卫二有大量的喷水柱喷射而出。它们能支撑闪电吗？我不知道，但似乎这是一种创造我们在其他世界上没有真正考虑过的主要大气扰动的方式。”

该研究于今天（6 月 19 日）在线发表在期刊《地球物理研究快报》上。

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