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幼儿科学实验汤加火山(幼儿科学小实验火山爆发)

时间:2022年10月23日 02:10:22

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科学研究发现汤加火山喷发效应到达太空

2022 年 1 月 15 日,汤加火山爆发时,它向世界各地发出了大气冲击波、音爆和海啸波。现在,科学家们发现火山的影响也到达了太空。

分析来自 NASA 的电离层连接 探索 器 (ICON) 任务和 ESA(欧洲航天局)的 Swarm 卫星的数据,科学家们发现,在喷发后的几个小时内,在空间边缘的电离层——地球带电的上层大气层中形成了飓风和异常电流。

加州大学伯克利分校的物理学家、讨论这一发现的新论文的主要作者布莱恩·哈丁说:“这座火山造成了我们在现代看到的更大的太空扰动之一。” “它使我们能够测试低层大气与太空之间鲜为人知的联系。”

ICON 于 2019 年推出,旨在确定地球天气如何与来自太空的天气相互作用——这是一个相对较新的想法,取代了之前的假设,即只有来自太阳和太空的力量才能在电离层边缘创造天气。2022 年 1 月,当航天器飞越南美洲时,它观察到由南太平洋火山引发的电离层中的一次地球扰动。

“这些结果令人兴奋地观察了地球上的事件如何影响太空天气,以及影响地球的太空天气,”位于华盛顿特区的 NASA 总部的美国宇航局太阳物理学部太空天气负责人 Jim Spann 说。“从整体上理解太空天气最终将帮助我们减轻其对 社会 的影响。

当 火山 爆发时,它把巨大的气体、水蒸气和尘埃推向天空。爆炸还在大气中造成了巨大的压力扰动,导致了 强风 。随着风向上扩展到更薄的大气层,它们开始更快地移动。到达电离层和太空边缘后,ICON 将风速记录为高达 450 英里/小时,这使它们成为自发射以来任务测量的 120 英里以下高度的最强风。

在电离层,极端风也影响电流。电离层中的粒子有规律地形成向东流动的电流——称为赤道电喷射——由低层大气中的风驱动。喷发后,赤道电射流飙升至正常峰值功率的五倍,并大幅反转方向,短暂向西流动。

加州大学伯克利分校的物理学家、这项新研究的合著者乔安妮·吴说:“看到地球表面发生的事情极大地逆转了电喷射,这是非常令人惊讶的。” “这是我们以前只在强地磁风暴中看到的,这是一种由太阳的粒子和辐射引起的太空天气。”

发表在《 地球物理研究快报 》杂志上的这项新研究增加了科学家对电离层如何受到地面和太空事件影响的理解。强烈的赤道电射流与电离层中物质的重新分布有关,这可能会破坏通过该地区传输的 GPS 和无线电信号。

了解我们大气层的这个复杂区域在面对来自上下的强大力量时如何反应是美国宇航局研究的关键部分。NASA 即将进行的地球空间动力学 星座 (GDC) 任务将使用一组小型卫星,就像地面上的天气传感器一样,跟踪流经该地区的电流和大气风。通过更好地了解影响电离层电流的因素,科学家们可以更有准备地预测由此类干扰引起的严重问题。

为什么汤加火山爆发规模如此之大?科学家有了新线索

早期理论认为水下滑坡导致了岩浆和海水的灾难性混合。最近的证据揭示了一次不同于以往任何时候研究的爆炸。

汤加火山一月份的喷发到底有多大?四个月的密集科学研究只是提升了这个规模。你可以指着6000英里外的阿拉斯加发出可闻的轰鸣声,打断了夜晚。或者,你可以指出加勒比海的海啸,它是由一种罕见的声波造成的,这种声波跳过大陆,搅动了海洋。在太空中,天气也发生了变化,美国宇航局的科学家本月早些时候说,来自爆炸的风在离开大气层的最外层时加速到每小时450英里。这短暂地改变了地球赤道周围的电子流,这种现象以前曾在太阳风引起的地磁暴中被观察到。

这就是为什么当研究人员开始搜索紧挨着火山的海底时,他们预计会发现一个粗糙的景观。当然,它将被爆炸重塑,并且到处都是碎片。科学家们认为,这次爆炸是一个燃烧配方的结果:热的、气态的岩浆遇到冷的、咸的海水。但是,这两种成分究竟是如何以这样的力量结合在一起的呢?一些主要的理论集中在山体滑坡或火山斜坡的其他塌陷,帮助水侵入岩浆室。这也将有助于解释在附近的汤加岛屿上造成三人死亡的海啸。海底岩石的大规模转移也意味着取代了大量的水。

新西兰国家水与大气研究所(NIWA)的一个科学家团队最近观察到了一些不同的情况。使用船上的声学仪器绘制海底地图,他们发现地形确实发生了变化--现在覆盖的火山灰至少足以填满300万个奥林匹克游泳池。但除此之外,它并没有什么不同。水下火山的坡度在很大程度上仍然是喷发前的样子;同样的特征仍然勾勒出周围海底的轮廓。在距离火山15公里的范围内,其中一些特征甚至仍然充满了生命力,海星和珊瑚依附在岩石海隆上。"我们做的之一件事是绕着火山转了一圈,我在想,'这到底是什么?'"带领探险队的NIWA的海洋地质学家凯文-麦凯回忆说。"它只是违背了预期。"

他们没有涉足的一个区域就在火山口的正上方,即火山喷发时留下的洼地。麦凯的大型研究船满载着科学家和船员,不敢在那里航行--不是因为大型爆炸的风险,而是因为可能从喷发点升起的较小的气体喷发。"他说:"这些气泡可以击落船只,他们以前也做过。但他们怀疑是彻底的破坏。喷发前从海中升起的岛屿已被爆炸撕碎,这表明在海面下有一个火山口。

在NIWA团队发布他们的发现后的第二天,汤加地质局和奥克兰大学的第二组研究人员帮助填补了地图。该小组使用一艘受气泡影响较小的船,带着一套类似的声学仪器到火山口上空。是的,那是一个洞。这个缺口有4公里宽,850米深,而且令人惊讶地受到限制,被火山的原始斜坡包围着。"奥克兰大学的火山学家Shane Cronin在汤加的一个新闻发布会上解释说:"我们现在在这里看到的是一个非常大、非常深的地洞。"它帮助我们理解为什么爆炸是非常非常大的"。

这两组观察结果正在帮助科学家们重建一个不同于他们之前所能研究的任何大规模水下爆炸。成像显示,Hunga似乎是直接向上炸开的。由于火山口在喷发的早期阶段破裂,这可能引入了大量的海水,与岩浆的深层区域相遇,引发了连锁反应。更多的海水,更多的岩浆,更多的爆炸。

这可能有助于解释致命的海啸。爆炸将数百万吨的岩石送入空中,这些岩石很快就坠落到周围的海底,形成火碎流--岩石、气体和灰烬的热混合物--向外飞奔,并可能沿着波浪推送。研究人员希望从火山口内收集的岩石和水的化学数据将有助于更好地了解是什么导致了爆炸的极端力量。

这两个小组还发现了亨加内部持续火山活动的证据。但是,尽管有这些隆隆声,这些发现并不表明该火山对居住在附近的人们仍有迫在眉睫的危险。Cronin表示,根据过去喷发的岩石的年代,火山口被残酷地清空了岩浆,它可能已经被重置到1000年前的状态。这对仍处于火山爆发中的汤加人来说是一种安慰。但是,该地区类似的火山从海里冒出来的情况比比皆是。

NIWA团队于4月在研究船Tangaroa号上启航,进行为期四周的实验。他们交替进行12小时的工作,争分夺秒地在大约22,000平方公里的区域内尽可能地了解情况。他们很幸运有一个海底的比较点;2016年,当一个研究船的团队由于设备损坏而放弃了附近的另一个任务,航行到汤加进行维修,并决定停下来绘制亨加周围地区的地图时,该地区就被绘制出来了--该地区刚刚开始爆发序列,导致了1月的爆炸事件。

Mackay说,比较这两张地图是至关重要的,可以看到周围的地形变化有多小。"他说:"不仅火山完好无损,而且我们可以从2016年的地图上看到,这里是一个山脊,这里是一个山谷,这里是一个山丘。"我看到了同样的山脊,同样的山谷,同样的山丘。" 研究小组统计了价值超过6立方公里的海底灰烬物质,并怀疑还有更多的东西可以找到。(汤加的断裂的海底网线被埋在30米以下)。

在整个航行过程中,研究人员将仪器浸入海中,收集不同深度的沉积物和水的样本。从海底取芯是很困难的;材料在爆炸后几个月仍在沉淀,当他们把样品拉到表面时,它是如此之细,会从管子里飘出来。"我可以想象,如果我在下面,你就会把海底沉下去,"NIWA的生物地球化学家Sarah Seabrook说。"这不是一个稳定的表面,你可以站在上面。"

正如他们所期望的那样,研究人员没有观察到海底本身的通常的生命迹象,如足迹和洞穴。但是他们确实遇到了惊喜--岩石方舟升起在灰烬覆盖的景观之上。珊瑚、海星和贻贝仍然依附在这些被称为海山的地方。Seabrook说,很可能是当火成岩流沿着海底奔流时,它们包围了这些隆起的山峰,使上面的生物得以幸存。目前还不清楚为什么它们没有被后来落下的厚厚的火山灰所掩埋,但有一个想法是,海山周围的独特水流像雨伞一样保护着它们。

Seabrook警告说,现在知道生命将在该地区重新定居的情况还为时过早--这是担心该地区渔业未来的汤加官员的关键问题。该小组计划在未来四年内再出海两次,研究海洋生态系统如何自我修复。

这种恢复的一个因素是持续的火山活动,当NIWA的船经过火山口北部飘来的一缕明显的新火山灰时,首次发现了这一现象。这表明火山内有一个源头,后来汤加团队拍摄的不断增长的火山特征的图像证实了这一点。下个月,NIWA团队计划再次对火山口上方的区域进行测绘,这次将使用一艘自主船,由近万英里外的英国埃塞克斯的工程师指导。这两张地图将使科学家们能够捕捉到随时间变化的情况。

汤加团队和克罗宁还花了10周时间在分散的岛屿上旅行,收集火山灰样本,绘制海啸水线图,并收集目击者的叙述,以拼凑出爆炸的时间线及其对陆地的影响。他们的目标是为 *** 决策提供信息,以制定更安全的建筑计划和可以保护岛屿的做法,例如种植在海浪袭来时可作为水坝的树木。破坏性活动的风险在亨加很低,那里的火山口底部现在被足够深的水掩埋,可以抑制另一次大爆炸。但据克罗宁说,鉴于该地区的其他火山,保持警惕是很重要的。"相信我,我们在汤加王国也有类似的火山,"Cronin说。"我们会期待他们中的一些人有同样的行为。"

汤加火山爆发原因是什么?

汤加火山爆发原因是地球板块相撞。在环太平洋地区,太平洋板块向周围板块的下面俯冲,形成了一系列的火山,仅活火山就达512座,占世界活火山数量的80%以上。汤加就位于这一火山地震带的西南缘,这里是太平洋板块向印度,澳大利亚板块之下俯冲形成的,过去100年,这里的海底火山活动十分活跃,曾经历多次喷发,不断塑造着岛屿的面貌。

汤加火山爆发的影响

汤加火山爆发也将影响汤加应对水位上升和风暴潮的能力。这是汤加的一大担忧,毕竟气候变化正促使其海平面每年上升约6毫米,是全球平均水平的两倍。随着汤加火山爆发,汤加的一个海平面仪在停止报告前记录了1.19米的海啸波。而海啸往往会导致快速的海岸侵蚀。在汤加通信系统瘫痪之前,还有视频显示人造海堤遭到损坏。

汤加海底火山喷发,当前技术是如何检测到火山喷发的?

当前主要是利用地球遥感卫星检测探测海底火山爆发运动的。因为火山爆发时的遥感信号会出现明显差异。

汤加火山:火山灰进入平流层,或在全球传播数月甚至数年时间

1月14日,汤加火山经历了一系列相当大的喷发活动,当地科学家发现,该火山目前再次喷发。而这场看似巨大的喷发,射入了大气层约有20公里,形成了一个巨大柱状物。

据外媒消息,地球两台同步卫星的摄像机都捕捉到了这次更大的火山爆发。而这场火山喷发甚至更像是一次核爆炸,所以,火山灰云几乎是覆盖了一个非常大的面积。

在卢森堡,虽然卫星图像中不可见,但是,通过无线电波监听仪器检测到的火山喷流中,却有超过200000次的闪电。目前,火山闪电仍然是一个正在进行的研究课题。

但由于其研究的困难程度,我们目前还尚不清楚,这一导致火山闪电的过程。因为科学家们现在开始怀疑,带正电荷的粒子来自火山喷流、火山喷发本身以及与大气中火山灰的相互作用。

其火山岛本身并无人居住,但火山对附近的岛屿仍然造成了不同形式的破坏,其中最明显的就是火山灰云。一些新闻报道显示,火山灰云覆盖了附近的岛屿,称这些岛屿上现在被一层薄薄的火山灰覆盖。

在这之前和之后,这里附近的居民都曾被告知,要待在室内,因为火山灰正在下落。如果一旦吸入了火山灰,可能会对肺部造成损害。但实际上,火山灰目前已经沉积在了淡水的供应上,污染了这个绿色多彩的地方。

那么,目前的这一事件,到底造成了怎样的影响呢?如果把卫星图像上的饱和度调低,就会发现,这对植物造成的影响非常不好,因为它会阻碍阳光照射到它们。但这最终可能会对岛屿的土壤有所好处,因为火山灰是一种含有许多重要矿物质的天然肥料。

例如,众所周知, *** 会将阳光反射回太空。并且,这些粒子最终会回到对流层,在那里,它们会以雨滴的形式,形成酸雨降落到地面。

另一个不可思议的是,冲击波从火山口喷发而出,由于压力波引起的大气温度的轻微变化,压力波的传播速度会比声速更快。有报道称,有来自住宅的窗户被冲击波炸毁。据信,这种压力波已传播到世界各地,这至少是美国各气象站探测到的4倍。

实际上,冲击波是可以听到的,但其影响可以在经过美国的几段轻微的气压中看到。然而,冲击波在遥远的新西兰和澳大利亚,甚至是在阿拉斯加都能被听到。这次水下火山喷发的规模和突然性,还引发了海啸,虽然最终规模不是很大,但仍然足以在太平洋造成一些破坏。

当海啸可能发生的消息传来时,沿海地区面临着突围,海浪的振幅增加,使其看起来比海上远处的海啸更为明显,这就是为什么当时的海浪看起来非常大。

火山岛本身是一个非常新的岛屿,它从2014年才开始存在,这是因为它正好位于太平洋和澳大利亚汇 聚板块边界。在2014年之前才有的构造活动区,它由两个主要淹没在水下的岛屿组成,火山中心位于海平面以下约150米之间。此后,火山爆发填补了这两个岛屿合并的空白。

事实上,美国宇航局也对其进行了研究,以更好地了解是什么影响了火山,因为火星上有很多古老的火山,它们似乎也曾经被水包围。科学家们想追踪这座新形成的岛屿在海洋中的侵蚀情况,看看是否与火星上的侵蚀模式有相似之处。因为这会为火星火山的区域,有可能提供额外的证据,证明某些火星火山曾经也被海洋包围。

汤加岛上的灰珠最初很容易被拍打的海水冲走,就像一座消失在潮汐中的沙堡。然而,在大约6个月后,侵蚀会停止,因为灰白的海水实际上结合在一起,形成了一种更坚硬、更具抵抗力的岩石,而坚硬的火山活动也会因腹空而停止。所以,汤加腹空的火山可能在未来许多年里一直是一个小岛。

然而,1月15日火山爆发的力量已经彻底摧毁了该岛。所以,这个去年仅有的一片土地,现在又变成了两个独立的岛屿,而这个大火山又将消失在海平面以下。在我们看来,这座岛屿现在看起来更像一座小岛,但从海底看,它仍然像一座2000米高的高山。

此外,美国宇航局也将继续对这座特殊岛屿进行多年的检查,从而帮助我们了解我们自己的星球。因为通过研究它们与大气和海洋的相互作用,不仅可以帮助预测我们的未来,还可以了解火星等行星上的过去。