汤加火山喷发后的产生的“神秘波纹”,究竟怎么回事?
本文来自微信公众号: Nature Portfolio(ID:nature-portfolio) ,作者:David Adam,原文标题:《汤加火山喷发后的神秘现象》,头图来自:视觉中国
上周末,汤加的洪阿汤加-洪阿哈阿帕伊 (Hunga Tonga-Hunga Haʻapai) 火山剧烈喷发,导致地球大气出现了一圈圈巨型波纹,这些神秘波纹让科学家急于探个究竟。卫星数据显示,此次火山喷发 (有人担心会摧毁汤加这个太平洋岛国) 引发了一种波型异常的 大气重力波 (atmospheric gravity wave) 。专家们百思不得其解,因为以往的火山喷发从未出现过这种现象。
德国利希超算中心的大气科学家Lars Hoffmann说:“这可太奇特了,我们在之前的数据中从来没见过。”
美国国家海洋和大气管理局(NOAA)的GOES-West卫星拍摄的洪阿汤加-洪阿哈阿帕伊火山爆破式喷发场景。来源:NOAA
1月14日,就在这座火山喷发的数小时后,科学家在美国航空航天局 (NASA) Aqua卫星搭载的大气红外探测仪 (AIRS) 采集的图像中发现了这些重力波。
图像中可见许多同心圆,每个圆都代表大气中一道迅速传播的重力波,其延伸距离可达逾1.6万公里。这些重力波从海洋表面直达电离层,研究人员推测它们可能已经在全球范围传播了好几次。
“漂亮的同心波型”
Hoffmann说:“Aqua卫星上的大气红外探测仪已经服役了近20年,但我们从未见过如此漂亮的同心波型。”
当大气中的空气分子在气柱中垂向波动而非水平波动时,就会形成大气重力波。疾风经过山顶提速,或是局地天气系统产生对流时,都会出现上述情况。
垂直运动的大气重力波能通过大气层传递能量和动量,它们“刷存在感”的方式是让高层云形成一条条波纹。
NASA的Aqua卫星搭载的大气红外探测仪成像中可见许多同心圆,这些同心圆都是高速移动的大气波。来源:Lars Hoffmann, Jülich Supercomputing Centre. AIRS Level-1 data by NASA GES DISC
理论上,火山喷出的灼热气流和火山灰若急速冲入高层大气,就有可能激发更大规模的重力波。但从2002年5月Aqua卫星带着大气红外探测仪升空以来, 研究人员从未在火山喷发事件中观察到这种现象 。
“我们都懵了,”英国巴斯大学的大气物理学家Corwin Wright说,“这肯定源于正在发生的某种物理现象,但我们还无法解释。”
Wright和同事猜测, 引起重力波的可能是高层大气中一团巨大、混乱的灼热气流 。他说,这团灼热气流“直直冲向了平流层,大力搅动着周围的空气”。
响彻全球
汤加火山喷发的声响传遍了整个南太平洋,甚至美国的一些地区也能听到。汤加的许多区域已被火山灰覆盖,但火山喷发导致的停电、电话不通、断网等问题使救援机构难以评估人员伤亡和损失情况。
Wright最先在Hoffmann提供的数据中发现了这种波型。他说,这些图像看起来像是由不同大小和类型的波混合而成的。
大气中的对流似乎“异常复杂和剧烈,能够同时引发一系列现象”,Wright说,“这是我们目前的判断,但我们也只观察了几个小时而已。”
Wright的发现离不开英国牛津大学气候科学家Scott Osprey的启发。1月15日,Osprey给他发了一条推特,推文中写道:“我很好奇这次火山喷发引起的大气重力波究竟有多厉害?!”
爆破速度
Osprey表示,汤加火山喷发产生的这些波可能是个特例,因为汤加火山的喷发速度比其他火山快很多。他说:“这次喷发看起来持续了几分钟,但却是爆破式喷发,可能正是这股冲击力触发了强烈的重力波。”
汤加火山喷发的时间虽短,但影响却十分持久。Osprey表示, 重力波会扰动热带地区周期性转变的风向,影响天气形势,连远在欧洲的天气都会受到波及 。Osprey说:“我们将密切关注其进展。”
这次喷发收集的图像和数据“很壮观”,并为科学家提供了一次极好的研究机会,纽约哥伦比亚大学的海洋地球物理学家Vicki Ferrini说。与此同时,她和其他人也很担心汤加人民,那里到现在还没有受灾规模的详细信息。
新西兰的研究人员表示,他们正在密切监测汤加火山的后续喷发。“我们会持续关注。”奥克兰大学的火山学家Shane Cronin说,深层地下的大量岩浆可能会重新对汤加火山进行补给,引起更猛烈的喷发。但如果汤加火山的主要岩浆补给已经耗尽,那么后续可能只是小规模喷发,而且主要在海面以下。
原文以Tonga volcano eruption created puzzling ripples in Earth’s atmosphere为标题发表在2022年1月18日《自然》的新闻版块上
本文来自微信公众号: Nature Portfolio(ID:nature-portfolio) ,作者:David Adam
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