汤加海底火山爆发制造了有史以来最强烈的闪电风暴

独孤一山隙

2022年1月，洪加汤加火山爆发期间，近20万道闪电(由蓝点表示)照亮了火山灰云。(图片来源:AGU/范·伊顿等人(2023)/地球物理研究快报)

（）据美国太空网（基思·库珀）：一项新的研究报告称，Hunga Tonga-Hunga Ha'apai火山爆发产生了有史以来最强大的大气爆炸，还在持续11小时、蔓延150英里(240英里)的超高压雷暴中产生了创纪录数量的闪电。

这座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。尽管火山的喷火山口低于海平面500英尺(150米)，但爆炸冲破了水面，并发出了36英里(58公里)高的火山灰羽，喷发速率为每秒110亿磅(50亿公斤)——比1980年5月圣海伦斯火山喷发高出一个数量级。

该研究的主要作者，美国地质调查局的Alexa Van Eaton告诉Space.com说:“对于羽流的高度和喷发速度，理论上是有限制的，而洪加汤加的喷发打破了所有限制。”

火山爆发打破的另一项记录是雷击次数。该羽状物产生了有史以来最强烈的闪电风暴，高峰时每分钟有2600次闪光，在11个小时内总共有大约192000次闪光。更重要的是，这场闪电风暴发生在前所未有的12至19英里(20至30公里)的高度，比以前见过的任何闪电都高。这些雷击是由一个旨在跟踪风暴的无线电天线网络和两个地球轨道航天器探测到的，这两个航天器是由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Himawari-8卫星。

“我们以前从未见过如此高的闪电速度和如此高的海拔，”范·伊顿说。

卫星图像显示，闪电不是随机穿过羽状物，而是出现在几个同心环中，似乎与火山的每次爆发有关。当羽状物上升时，它翻滚形成“伞状云”，溢出的物质落在上面，并在中性浮力层周围振荡。

“这给云带来了垂直运动，如此之大，以至于从羽流中心向外移动的波浪从波峰到波谷有10垂直公里[6英里]，”范·伊顿说。这种振荡压力波，也被称为重力波(不要与黑洞或中子星合并产生的重力波相混淆)，是闪电的来源。

闪电可能以两种方式在这个环形重力波中形成。由于洪加汤加火山爆发发生在水下，它向地球大气层注入了大量的水，由此产生的冰晶带有正负电荷。此外，一些由火山爆发吹到空中的岩石碎片和岩浆形成的火山灰也变得电离，导致更多的正负电荷区域。正是电荷的梯度引发了突然的闪电。

虽然以前在火山羽状物中见过闪电环，但洪加汤加火山爆发是第一次看到多个环——总共四个，与火山爆发的四个阶段相匹配——闪电像冲浪运动员一样骑在荡漾的环上。

闪电环也被称为“闪电洞”，因为环内通常没有闪电。然而，这只是洪加汤加火山爆发与众不同的另一个方面:在重力波荡漾的几分钟内，空洞开始被闪电填满。促使这种填充的机制仍不清楚。

不管怎样，闪电的出现凸显了闪电如何被用来提供火山爆发的早期预警。通常情况下，火山学家必须等待10分钟左右的时间，让轨道卫星探测并拍摄火山羽流，并向紧急服务机构发出警报，到那时，由此引发的海啸可能已经淹没了沿海地区，飓风摧毁了树木和房屋，火山碎屑流摧毁了数十平方英里的土地，火山灰堵塞了飞机喷气发动机。然而，闪电是以光速在无线电频率下被探测到的。不言而喻，这比卫星、风、地震波、次声波都要快。

除了打破今天的记录，洪加汤加火山爆发还可以告诉我们早期地球上的火山活动，甚至可能是其他天体上的火山活动。这种喷发是一种被称为phreatoplinian火山的类型，当大量的熔岩穿过厚厚的水层喷发时就会发生。这种规模的水下火山爆发以前只在地质记录中见过。

此外，火山爆发可能“对闪电在其他行星上的传播方式产生影响，如金星或其他通常不支持传统闪电的行星，”范·伊顿说。

今年早些时候，在美国宇航局麦哲伦号任务的档案数据中发现了金星上活跃火山活动的证据。然而，火山活动在木星的卫星木卫一上是丰富的，而低温火山活动发生在土星的卫星恩克拉多斯上，也可能发生在木星的卫星欧罗巴上。

“恩克拉多斯有大量的水流喷射出来。他们能支持闪电吗？”范·伊顿想知道。“我不知道，但似乎这是一种制造重大大气扰动的方式，我们还没有真正为其他世界考虑过。”

这项研究今天(6月19日)在线发表在《地球物理研究快报》杂志上。