1883年印尼喀拉喀托火山爆发夺去逾3万人生命。人们或许以为火山碎屑是主要威胁，但事实上，许多遇难者是死于火山喷发引发的海啸。
海底火山带来的危害与陆地火山截然不同，其影响取决于火山活动与海水的相互作用方式。在深海中，高水压会抑制火山的爆炸性活动，使喷发破坏力减弱；但在靠近海面处，较低的水压和火山物质的高温则可能引发剧烈爆炸。然而科学家至今仍未完全弄清火山活动引发海啸的具体条件。
为深入了解这一风险，一个国际研究团队对2022年汤加洪加火山喷发事件展开研究，重点关注可能放大此次强劲海啸的火山口快速塌陷现象。火山口是岩浆库上方地面在岩浆流失后塌陷而形成的。研究人员对比喷发前后的海底地形发现，一个宽约4公里的火山口在喷发过程中下沉了约1公里。
研究人员认为，整个火山口的快速塌陷可能放大了此次巨型海啸。即便是像洪加这样规模相对较小的火山口，根据其塌陷的速度和方式，也可能引发危险的海啸。这表明其他海底火山同样具备引发危险海啸的潜在可能。不过，该论文也提醒："由于形成的火山口及喷发物难以接近，海底火山口形成喷发的动力学机制及其带来的危害，目前尚未得到充分认识。"
一个太薄而无法支撑的"屋顶"
2022年1月15日洪加火山的喷发，堪称本世纪最强的火山事件之一。喷发柱高度超过55公里，将汽化海水推入平流层，爆炸产生的压力波在全球范围内均被探测到。此次伴生海啸的浪高估计在距喷发源约100公里范围内达到40米，是有记录以来海底火山喷发引发的最高海啸。
尽管影响巨大，洪加火山的火山口规模却相当小。喷发后留下的火山口直径约4公里，在全球已知的177个火山口数据库中属于最小之列。洪加火山口的特殊之处在于，相对其尺寸而言下沉深度异常大——按直径比例计算，其下沉深度可与美国纽贝里等著名火山口相媲美。
研究人员推测，火山口的塌陷速度可能是造成巨型海啸的因素之一。一般而言，海底火山口塌陷时，下沉的海底会将其上方的海水一并拖拽下沉。如果数百米深的海底像洪加火山那样骤然下陷，短时间内就会造成大量海水位移，从而可能形成海啸。
在论文中，研究团队还原了洪加火山口塌陷的全过程。他们将2015至2016年间绘制的喷发前海底地图，与2022年4月至10月间五次调查绘制的喷发后地图进行了对比。
洪加火山岩浆库的几何结构被认为是造成快速塌陷的原因之一。岩浆库的顶部既薄又宽，一旦岩浆流失，几乎无法自我支撑。该岩浆库位于火山下方约2公里处，相对其4至5公里的可观宽度而言，深度较浅。研究团队计算得出，只要岩浆库压力下降约30兆帕（约相当于大气压的300倍），顶部就可能塌陷。这意味着只需损失喷发前约四分之一的岩浆量，顶部便足以坍塌。
据推测，洪加火山口是在火山仍在喷发时就已开始塌陷。火山口底部保存的沉积结构为这一观点提供了支持。喷发约三个月后进行的一次船载地震调查发现，火山口壁崩塌产生的滑坡沉积物同时存在于喷发遗留的火山碎屑层之下、之中和之上。这两种沉积物交替出现表明，在火山碎屑物质仍在堆积的同时，崩塌壁体的碎屑正在下滑。如果火山口是在喷发结束后才塌陷，那么滑坡沉积物应当覆盖在火山碎屑层之上。
研究发现，火山口下沉了近1公里。喷发前，其底部位于海平面以下150至200米处；喷发后，火山口深度达到850米。火山口底部覆盖有厚达150米的喷发沉积物，这意味着塌陷表面本身位于海平面以下约1000米处。仅火山口底部的塌陷就造成了约6.85立方公里的体积损失。
洪加火山口塌陷方式的一个显著特点在于：火山口底部并未破碎成块，而是作为一个整体基本保持原有形态下沉。
研究人员将这一事件定性为"活塞式塌陷"，之所以如此命名，是因为其底部下沉的方式类似活塞在气缸中滑落。地图数据支持了这一解释。洪加火山的地形在火山口东侧和南侧壁上呈现出明显特征：一系列同心台地逐级向内部下降，台地之间由100至150米高的陡崖分隔。这些特征被解释为火山口边缘随底部下沉而发生断层作用的证据。
研究人员还提出，与下沉火山口相关的断层可能使海水得以渗透进入浅层岩浆库深处，这既改变了喷发的爆炸性，也促成了火山碎屑物质在水下形成强劲的崩塌。
随着这个宽4公里的火山口整体下沉1公里，其上方海水必然受到大规模扰动。研究人员推测，海啸规模正是被这种火山口塌陷方式所放大。他们认为，在适当条件下，即便是小型海底火山口也能产生危险的海浪。
该论文并未直接证实火山口塌陷就是海啸的成因。但通过追溯这一相对较小的火山口如何引发异常巨大的海啸，研究表明火山口的快速下沉是放大此次事件的可能因素之一。这也意味着，根据塌陷的性质和速度，相对较小的海底火山口同样可能威胁到附近海岸。
数十座潜在风险火山
研究人员警告称，这种风险并不局限于洪加火山。洪加火山所属的汤加—克马德克火山弧，至少拥有74座海底火山，其中20座为火山口复合体。这意味着该地区存在大量条件可能与洪加火山相似的海底火山。附近的岛屿火山托富阿及海底火山福努阿福奥，无论在整体形态、结构、岩浆成分乃至火山口规模上，都与洪加火山颇为相似。
然而，大多数海底火山口从未接受过如洪加火山这般详尽的勘测。由于难以抵达，许多火山口完全缺乏地图数据，另一些则只有低分辨率数据可用。
洪加火山是个罕见的例外。它在2014至2015年喷发形成新岛屿后受到广泛关注，当时研究人员于2015和2016年绘制了详细的海底地图。研究团队还利用商业卫星图像并结合NASA的ICESat-2激光测高数据补充了陆地表面数据，从而构建出洪加火山的完整三维模型。正是这一基线数据，使喷发前后的对比得以实现——若非如此，追踪火山口的变化将十分困难。
研究人员呼吁对海底火山口开展详细的地形测绘，以监测其活动状况。此类数据将有助于追踪火山灾害并保护海洋基础设施。
论文指出："我们的研究凸显了开展高分辨率重复海底测绘的迫切需求"，这将有助于"强化海啸预警系统，保护关键海底基础设施，尤其是在西南太平洋等测绘薄弱的地区。"
Q&A
Q1：2022年汤加洪加火山喷发为何会引发如此巨大的海啸？
A：研究人员认为，火山口的快速塌陷是放大此次海啸的关键因素之一。洪加火山口宽约4公里，喷发过程中整体下沉近1公里，这种大规模、快速的海底下陷剧烈扰动了上方海水，进而可能放大了海啸的破坏力。
Q2：洪加火山口的塌陷方式有什么特殊之处？
A：研究人员将其定性为"活塞式塌陷"，即火山口底部作为一个整体基本保持原有形态整体下沉，而非破碎成块，其方式类似活塞在气缸中滑落。这与岩浆库顶部又薄又宽、难以自我支撑的结构特征有关。
Q3：除了洪加火山，还有哪些地区可能面临类似的海啸风险？
A：洪加火山所属的汤加—克马德克火山弧至少有74座海底火山，其中20座为火山口复合体，附近的托富阿火山和福努阿福奥海底火山与洪加火山形态、结构十分相似。但这些火山口大多缺乏详细测绘数据，研究人员呼吁加强高分辨率海底测绘以监测潜在风险。