湯加洪加火山噴發引發有史以來最強烈的雷暴

一項新的研究報告稱，洪加湯加-洪加哈派火山噴發產生了有史以來最強大的大氣爆炸，還在一場持續了11個小時、蔓延150英里（240公里）的超強雷暴中產生了創紀錄的閃電次數。

位於南太平洋的火山於 2021 年 12 月開始噴發，但其最具爆炸性的事件直到 2022 年 1 月 15 日才發生。儘管火山的火山口低於海平面 500 英尺（150 米），但爆炸衝破了水面，噴出了高達 36 英里（58 公里）的火山灰柱，噴發速度為每秒 110 億磅（50 億公斤）——比 1980 年 5 月的聖海倫斯火山噴發大一個數量級。

該研究的主要作者，美國地質調查局的 Alexa Van Eaton 告訴 Space.com：“對於羽流可以上升的高度和噴發速度可以有多快，都有理論上的限制，而洪加湯加火山噴發打破了所有這些限制。”

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這次噴發打破的另一項記錄是閃電的次數。羽流產生了有史以來最強烈的雷暴，高峰時每分鐘 2600 次閃電，在 11 個小時內總共產生了大約 192000 次閃電。更重要的是，這場雷暴發生在 12 到 19 英里（20 到 30 公里）的空前高度，比以前見過的任何閃電都要高。這些閃電由旨在跟蹤風暴的無線電天線網路和兩個地球軌道航天器檢測到，分別是美國國家海洋和大氣管理局 (NOAA) 運營的 

GOES-17 衛星和日本氣象廳的向日葵 8 號衛星。

Van Eaton 說：“我們以前從未見過如此高的閃電頻率，而且高度如此之高。”

衛星影像顯示，閃電並非隨機分佈在羽流中，而是發生在幾個同心環中，這些同心環似乎與火山的每一次爆發有關。當羽流向上升起時，它膨脹形成一個“傘狀雲”，溢位的物質落在它上面，並在中性浮力層附近振盪。

Van Eaton 說：“這給雲層帶來了一個巨大的垂直運動，以至於從羽流中心向外移動的波浪，從波峰到波谷有 10 個垂直公里（6 英里）。”這種振盪壓力波，也稱為重力波（不要與來自合併的引力波或黑洞或中子星混淆），是閃電的來源。

閃電可能在環形重力波內形成的兩種方式。由於洪加湯加噴發發生在水下，因此它向地球大氣層注入了大量水，所產生的冰晶帶正電荷和負電荷。此外，一些由碎石和岩漿組成的火山灰在噴發時被吹入空中也變成了離子化，從而導致了更多的正電荷和負電荷區域。正是電荷梯度引發了突然的閃電。

雖然以前在火山羽流中已經看到過閃電環，但洪加湯加噴發是第一次看到多個環——總共有四個，與火山噴發的四個階段相匹配——而閃電像衝浪者在海浪上一樣騎在波動的環上。

閃電環也稱為“閃電孔”，因為在環內通常沒有閃電。然而，這只是洪加湯加噴發的另一個不同之處：在重力波漣漪過去幾分鐘內，孔洞開始充滿閃電。促使這種填充的機制仍然不清楚。

無論如何，閃電的存在突出瞭如何利用閃電來提供噴發的早期預警。通常，火山學家必須等待 10 分鐘左右，才能讓一顆軌道衛星探測並拍攝火山羽流，並提醒緊急服務部門，此時，由此引發的海嘯可能已經淹沒了沿海地區，颶風夷平了樹木和房屋，火山碎屑流摧毀了數十平方英里，火山灰堵塞了飛機噴氣發動機。然而，閃電以光速在無線電頻率下被檢測到。不用說，這比衛星、風、地震波和次聲波要快。

除了打破當今的記錄外，洪加湯加噴發還可以教會我們關於早期地球，甚至可能是其他天體上的火山活動。這次噴發是一種被稱為潛水噴發火山的型別，當大量的熔岩透過厚厚的水層噴發時就會發生。如此規模的水下爆炸性火山以前只在地質記錄中出現過。

此外，這次噴發“可能對其他行星（如金星）或通常不支援傳統閃電的其他行星體上閃電的產生方式產生影響，”Van Eaton 說。

今年早些時候，在美國宇航局的麥哲倫任務從太陽系第二行星金星發回的檔案資料中發現了金星上活躍火山活動的證據。然而，火山活動在木星衛星木衛一上很豐富，而土星衛星土衛二上可能也發生著某種形式的低溫火山活動，以及木星衛星歐羅巴。

Van Eaton 想知道：“土衛二有大量的噴水柱噴射而出。它們能支撐閃電嗎？我不知道，但似乎這是一種創造我們在其他世界上沒有真正考慮過的主要大氣擾動的方式。”

該研究於今天（6 月 19 日）線上發表在期刊《地球物理研究快報》上。

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