当汤加的Hunga Tonga - Hunga Ha apai火山于2022年1月15日爆发时——发出的音爆远至阿拉斯加都能听到——科学家们立即意识到他们正在见证历史。
“在地球物理记录中，这是有史以来最大的自然爆炸，”加州大学圣克鲁兹分校的地球物理学家Ricky Garza-Giron说。
它还引发了横跨太平洋的海啸，在秘鲁造成两人死亡。与此同时，这场灾难摧毁了汤加群岛，造成四人死亡。虽然很悲惨，但专家预计，这种规模的事件会造成更多人员伤亡。那为什么没有呢?
当然，该国的灾难准备工作功不可没。但根据今天发表在该杂志上的研究，火山爆发本身的性质以及它引发的海啸如何蔓延到汤加群岛，也使汤加避免了更糟糕的结果。通过将实地观测与无人机和卫星数据结合起来，研究小组能够通过模拟再现这次事件。
这是科学家们研究这次火山喷发如何震动汤加和整个世界的另一种方式。在几个小时的时间里，火山的火山灰羽流以比地球上其他任何地方加起来都多的闪电沐浴着这个国家及其周围的水域。火山喷发向天空中喷出了足够的水蒸气，使平流层中的水蒸气含量增加了10%左右。
火山爆发向地面、水中和空中发射了冲击波。当Garza-Giron和他的同事测量这些波时，他们发现这次喷发释放的能量比1980年圣海伦斯火山喷发的能量大一个数量级。
佛罗里达迈阿密大学和哈立德·本·苏丹海洋生物基金会的地球科学家萨姆·普基斯说:“它真的像敲钟一样敲响了地球。”Purkis是这篇新论文的第一作者。
模拟的目的是呈现事件的可能过程。普基斯和他的同事们首先建立了一个时间表。科学家们一致认为，这座火山是在一系列的多次爆发中爆发的，但他们对时间和次数没有一致意见。通过潮汐计的测量，研究小组证实了目击者的陈述，他们认为有五次爆炸，每次爆炸的强度都在稳步增加，直到高潮的第五次爆炸:测量结果为1500万吨，相当于一颗氢弹。
然后，作者模拟了这些爆炸可能对海洋造成的影响，以及它们撞击汤加其他岛屿时所产生的海浪是多么可怕。模拟结果显示，位于火山爆发东北约55英里处的托富阿岛(Tofua)可能遭遇最糟糕的情况:海浪高达100多英尺(约合30米)。
但也有可取之处:豆腐岛无人居住。模拟还有助于解释为什么汤加首都和最大城市努库阿罗法能够躲过海啸的冲击。它位于火山爆发以南40英里处，似乎经历了更浅的海浪。
研究小组认为地理因素是部分原因。豆腐岛是一个火山口，位于深水区，陡峭的多山海岸无法抵御即将到来的海啸。与此同时，Nuku 'alofa被较浅的水域和一个泻湖所包围，使得海啸可以转移的水较少。珊瑚礁可能也帮助保护了这座城市免受海啸的侵袭。
Purkis说，研究人员认为珊瑚礁可以缓冲海啸，但他们没有真实的数据来证明这一点。“你没有现实世界的案例研究，你没有几十米高的海浪击中珊瑚礁，”Purkis说。
我们确实知道比洪加汤加洪加哈帕伊火山爆发更猛烈的火山爆发:例如，1815年的坦博拉火山爆发(著名的“没有夏天的一年”)和1883年的喀拉喀托火山爆发。但这些都发生在20世纪60年代之前，当时地球物理学家开始部署他们今天可以使用的全球传感器和卫星网络。
最终，研究作者写道，这次爆发导致了一次“幸运的逃脱”。它发生在最特殊的情况下:在火山爆发时，汤加因新冠肺炎关闭了边境，减少了前往该岛的海外游客数量。科学家们认为这是死亡人数低的另一个原因。但同样封闭的边界意味着科学家们必须等待获得数据。
这就是为什么这篇论文在火山爆发15个月后才发表的部分原因。其他科学家之前已经能够模拟海啸，但Purkis和他的同事们用地面数据支持了他们的研究。这不仅帮助他们重建了时间线，还帮助他们用汤加海岸沿线100多个地点的测量结果证实了他们的模拟。
研究小组认为，火山喷发是地球活动的“天然实验室”。了解这次海啸可以帮助人类计划如何远离海啸。像Hunga Tonga-Hunga Ha apai这样的火山还有很多，位于水下的火山如果在错误的时间喷发，会摧毁沿海社区。
Garza-Giron对将新研究结果与之前的研究结果(比如他自己的研究)进行比较的可能性感到兴奋，除了其他数据来源，比如海洋的声音，还可以创建那天发生的事情的更完整的画面。
加尔扎-吉隆说:“我们不经常看到地球作为一个整体系统，大气、海洋和固体地球肯定在相互作用。”“对我来说，这是这次火山爆发最迷人的地方之一。”
