橡树村:火山与无夏之年

2010年4月14日,冰岛埃亚菲拉德冰川下面的火山爆发,火山爆发导致的巨量的火山灰进入大气层,威胁到航空安全,导致半个欧洲的航运停摆数天,算是最 近一些年来对人类生活造成直接影响比较大的一次火山爆发了。埃亚菲拉德本身的含义,就是岛山冰川,在冰岛的冰川里面算是比较小的一个,面积大约有100平 方公里。在这个冰川下面覆盖的这个火山,火山口直径大约有三四公里,一直算是一个比较活跃的火山。冰岛在公元874年有人开始在这里定居以后,这个火山一 共喷发了四次,前三次分别是公元920年,1612年,以及1821到1823年,最近的一次,就是今年4月14日的这次了。


埃亚菲拉德冰川。冰和水的世界看起来总是这么炫目

冰岛的火山喷发不是什么新鲜事。冰岛位于大西洋中脊上。这个大西洋中脊位于大西洋中间,在北大西洋这部分,是分隔北美板块以及欧亚板块的地方,可以说冰岛 同时位于北美板块和欧亚板块上。这个中脊高出周围洋底不少,在冰岛这里,索性露出了海面,形成了世界上第18大岛。这里是板块运动活跃的地方,所以经常有 火山爆发,冰岛自然也就有很多的火山。这个面积只有10万平方公里的岛屿,竟然有大约130座火山,自从冰岛有人类居住开始,已经有18座火山先后喷发过 多次。


北大西洋海底地形

冰岛的火山喷发,岩浆量非常大,在过去的500年里面,全世界火山喷发的岩浆,有三分之一来自冰岛。1783年冰岛垃基火山的爆发,是最近500年以来, 人类知道的岩浆喷出最多的一次爆发,岩浆量达到14立方公里,而垃基火山在公元934年以及更早期的一些喷发,岩浆量更是要大得多。1783年的垃基火山 喷发对欧洲的影响就非常大。垃基火山爆发从1783年6月开始,持续到1784年2月,时间长达八个月,最严重的直接影响主要来自前五个月。自然首先受到 影响的就是冰岛。由于垃基火山喷发释放的气体含有氟化氢,在大气中浓度超过一定值之后对骨头会有严重的影响,所以导致冰岛80%的羊,50%的牛和马死 亡,导致的疾病以及随后的饥荒,导致冰岛20-25%的人口死亡。这次喷发还排放了大量的二氧化硫,总量是2006年全欧洲工业排放的二氧化硫的三倍。由 于二氧化硫非常集中,浓度很高,所到之处也给当地带来非常大的危害,在1783年以及1784年初,直接带来欧洲数万人的死亡,在英国可能就有超过2万人 直接死亡,可能是上一个千年里面火山给欧洲带来的社会和气候影响最大的一次。灰尘当然还可以影响气候。1783年,英国就记载了满是灰尘的夏天,由于灰尘 遮天蔽日,当年就导致欧洲不小面积的粮食大幅度减产。在随后的几年时间里面,欧洲的气候仍然异常,极端气候频发,给农业带来进一步的影响。大约就是这些灾 害,导致法国农民的处境非常艰难,很可能催生了1789年的法国大革命,社会影响深远。除了欧洲以外,在北美,1783-1784年的冬天也比往年要长, 墨西哥湾观察到了结冰的现象。对其他地区的影响已经很难研究,推断也许与非洲萨赫勒地区的降雨减少,甚至与日本的饥荒有些联系。


1783年拉基火山喷发形成的火山锥

火山喷发的强度也有一套评级系统。在这套评级系统里面,垃基火山1783-1784年的喷发是一个6级的喷发。这个系统里面,数字越高强度越高,每增加一 级,喷发的强度就增加十倍。目前已知的最强烈的火山喷发是8级。最近一次8级火山喷发发生在2.7万年前的新西兰。那次喷发总共喷出了上千立方公里的各种 固体,在1000公里以外也发现了厚达18厘米的火山灰沉积。这次喷发历史实在太久远,对其他地区的影响还很难估量。幸运地是,人类创造了农业文明之后, 还没有经历过这么猛烈的火山喷发。5000年来,人类大约经历过三次强度达到7级的火山喷发。第一次是大约在公元前17世纪希腊锡拉岛的火山喷发,这一次 喷发,几乎毁掉了克里特岛的文明,给希腊神话增添了不少故事。这次火山喷发的喷出物可能有100立方公里,勉强能够够上7级。这次火山喷发对气候就有很大 的影响,在世界各地的树木年轮中都能找到证据支持。有的学者甚至把中国夏朝的覆灭,商的兴起与这次火山喷发联系起来。据说竹书纪年里面记载了这个时候的天 色昏暗,七月霜冻,粮食减产以及大饥荒。第二次7级火山爆发就是大约在公元2世纪发生在新西兰的海特皮火山爆发。这次爆发的喷出物至少有120立方公里, 其中20立方公里进入大气,据推测火山大喷发的时候,高度有可能达到了50公里。这次喷发的具体时间目前还有争议,从公元120年前后到公元230年前后 有数个说法,所以影响也还不好分析。其中一种说法,认为火山的喷发物可能达到150公里高,那么就有可能被罗马和中国观察到,如果这个说法成立的话,参照 罗马的史料以及中国后汉书的记载,可以把喷发的时间定到公元186年。


希腊锡拉岛

这两次7级喷发都年代久远,对人类的影响已经很难研究。不过第三次7级喷发,距离现在就很近了。这次喷发发生在印度尼西亚,在坦博拉火山,时间是1815 年4月。这次火山喷发是人类有史以来最强烈的一次,喷发物质总量达到160立方公里,喷发的声音在2600公里以外都可以听到。在方圆600公里范围内, 火山灰足够遮蔽阳光,足足有两天的时间天昏地暗。火山爆发对当地地质环境的改变是惊人的。喷发前,坦博拉山最高处海拔大约4300米,爆发后,最高点海拔 已经不足2900米,降低了一千多米。这次火山喷发持续十几天,直接导致印度尼西亚一万多人死亡。喷发甚至还导致了一个中等规模的海啸,海浪高达4米,至 少4千人死于海啸。火山灰遍及印度尼西亚全境,导致农业减产,随即产生饥荒,总死亡人数不低于7万,另一说9万。这次火山喷发的影响可不仅仅局限在印度尼 西亚。坦博拉火山爆发直接干扰了正常的季风,影响了亚洲很大部分地区的降水。在中国,1816年长江流域的大洪水就与这次火山爆发有关。在印度,迟来的暴 雨导致了恒河流域的疟疾大爆发,影响甚至达到了莫斯科。在匈牙利,出现了红雪,意大利在全年也多次出现红雪。红雪是火山灰造成的。不过最显著的气候变化, 还是1816年北半球的冷夏。1816年的北半球,没有夏天,是一个无夏之年。


坦博拉火山

在中国,1816年的冷夏很多地方都有记载。冷夏导致中国大面积减产,在南方发生了水牛在夏天冻死等事件。云南夏季的低温直接导致粮食大面积绝收。在江 西、安徽,台湾,都报道了夏季降雪。欧美的记载比较多。从1816年春季开始,在美国北部,就发现了一个叫做干雾的现象。这些雾能使得太阳变红,也减弱了 太阳光的照射。这是火山喷发出来的二氧化硫进入了大气平流层以后,形成的硫酸盐气溶胶导致的。由于平流层气体活动相对稳定,这些气溶胶颗粒下降的速度很 慢,可以持续数月甚至数年的时间,影响时间就非常长。这实际上不是真正的雾,因为它根本不靠近地表,所以风吹不走,雨冲不掉,人类自然没有任何办法。这些 干雾把大量的太阳光反射回太空,这样,地表就得不到足够的能量,严重影响庄稼生长。阳光长期不充足也会导致降温。1816年5月,霜冻就导致北美大量庄稼 死亡。1816年6月4日,美国东北部遭遇冷空气袭击,6月6日,纽约州和缅因州一些地方竟然下雪。在魁北克,积雪厚度竟然达到30厘米。这自然会导致庄 稼大面积的死亡、减产,随后导致大饥荒。寒冷一直持续整个夏季。在宾西法尼亚,七八月份还有湖面结冰。与此同时,一些地方的气温变化非常大,从摄氏35度 降温到0度可能只需要几个小时,一天内气温的高低变化能发生不止一次。这就导致了美国东北部粮食大面积绝收,个别地方勉强收了些粮食,但是少量的粮食供给 使得粮食价格涨了8倍。作为马饲料的燕麦的大幅度减产,也导致马匹数量减少,影响到了马车这个当时最广泛的运输工具,导致进口的粮食运不进来,更加加剧了 饥荒的程度,等等。


1991年皮纳图博火山爆发后,香港观察到了红色天空。1992年

在欧洲的影响更大。欧洲在19世纪初期一直处在战争状态,到1815年6月,拿破仑兵败滑铁卢,欧洲才进入和平,正需要休养生息。连续十几年的战争,实际 上整个欧洲的粮食储存已经几乎没有,真的已经经不住任何的灾难。但是,1816年却有欧洲历史上最难过的一个夏天。这年夏天,英国和爱尔兰经历了低温,暴 雨,威尔士的很多地区粮食几乎绝收,灾民遍野,在爱尔兰东北部,小麦、燕麦和土豆都绝收,导致大饥荒,与此同时,德国粮食大面积减产。法国的低温程度最为 严重。这一年,欧洲暴雨肆虐,多个河流暴涨,洪水处处都是,在欧洲很多城市都有灾民闹事,多个城市发生骚乱。最大的骚乱来自瑞士,导致国家不得不进入紧急 状态。按照后来的研究,1816年瑞士的死亡率是正常年景的两倍,其他地方,死亡的人数也不少,最严重的是爱尔兰,死亡人数高达10万,整个欧洲死于灾难 的估计有20万。


1816年欧洲的冷夏。参照的是1971到2000年的平均。可以看出一些地区的平均气温比20 世纪末期低了3摄氏度

造成冷夏,坦博拉火山爆发应该只是原因之一,当然这是一个非常非常重要的原因。在此之前,已经有了数次四级以上的火山爆发。1812年加勒比圣文森特火山 爆发;同年,印度尼西亚阿乌火山爆发;1813年,日本諏访之濑岛火山爆发;1814年,菲律宾马泳火山爆发。这几个四级以上的大规模火山爆发,虽然程度 比坦博拉火山爆发的规模小了数百倍,但是已经使得大气中已经积累了大量的气溶胶,坦博拉这个七级的火山爆发,自然是加剧了危害程度。另外,19世纪初期, 太阳活动也偏弱,处于道尔顿极小极时期。太阳是地球唯一的外部能量来源,来自太阳的能量偏弱,自然会导致地球的变冷。据估计,这些因素加在一起导致全球平 均地表温度降温0.4-0.7摄氏度。整个降温持续数年时间,至少到1819年的夏天,气候仍然不正常。


1991年皮纳图博火山爆发

坦博拉火山爆发之后,还没有发生过7级的火山爆发。不过6级的还是有几次的。1883年印度尼西亚科拉卡托阿火山爆发,导致北半球平均温度下降0.3摄氏 度。1902年危地马拉圣玛丽亚火山爆发,没有导致北半球气温异常。1912年美国阿拉斯加马特迈火山爆发,导致北半球平均温度下降0.4摄氏度。然后就 是1991年菲律宾皮纳图博火山爆发。由于距离现在最近,1990年代初人类对于气候问题也已经开始了系统研究,所以皮纳图博火山爆发对气候的影响被研究 的最为充分,也为火山爆发对气候的影响方面的研究提供了大量的一手资料。这一次火山爆发,导致全球温度降温时间长达三年,当年全球气温降低0.5摄氏度。


爆发后的皮纳图博

从历史上来看,要对全球平均气温产生明显的影响,至少需要有6级的火山爆发。1980年美国华盛顿州的圣海伦斯火山爆发,1982年墨西哥钦奇纳尔火山爆 发,都是5级的火山爆发,就没有观察到对全球平均气温的影响。现在冰岛的埃亚菲拉德火山爆发,级别估计在4级或者以下,如果到此为止,那么就应该不会对全 球气候产生明显影响。当然,由于欧洲大部分地区处在一个罕见的严冬里面,气温比正常年份明显偏低,目前的火山爆发产生的火山灰已经足够加剧这个地区的气候 恶劣程度,还是会产生一定的短期影响的。但是这个影响程度应该不足以造成历史上1783年火山爆发那种程度的影响,更不会造成1816年的冷夏。但是,火 山的喷发是无法预测的。从历史上来看,埃亚菲拉德火山喷发之后,都会引起旁边的卡特拉火山的爆发。卡特拉火山是一个更加活跃的火山群,差不多每40到80 年就要喷发一次,从公元930年以来,人们已经记录到了16次喷发。上一次的大规模喷发发生在1918年,达到5级,距今已经将近百年;在1955年,卡 特拉火山还发生过一次小规模喷发。按照历史规律猜测,差不多又到了卡特拉火山喷发的时候了。卡特拉火山喷发的规模并不是特别大,到目前为止还没有记录到超 过5级的卡特拉火山的喷发。如果真地按照历史上曾经发生的那样,埃亚菲拉德火山能够引起卡特拉火山的强烈喷发,强度也能够达到5级,那么对欧洲产生更严重 的影响的可能还是很大的。不过按照历史经验,如果火山喷发不达到6级,对北半球以及全球的气候影响仍然可以忽略。


冰岛的火山地图。埃亚菲拉德火山和卡特拉火山都在冰岛南部

所以,对于不在冰岛的人来讲,与这次欧洲交通大瘫痪没关系的话,就不用太担心啦。

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