根據10月20日發表在《科學》（Science）雜誌上的一項新研究，2022年湯加火山噴發，由於向大氣中注入了大量水蒸氣，導致地球臭氧層被撕裂了一大塊。
這座火山位於湯加的一個島嶼上，於2022年1月15日爆發，其釋放的巨大能量是廣島核彈的10萬倍，與聖海倫火山（Mount St. Helens）爆發的威力相當。
在火山噴發後的一周內，一些地區的臭氧層就被消耗了高達5%。
這是由於噴發時大量的水、火山灰、鹽酸和二氧化硫一起噴入大氣中，形成高達34英里的蒸氣羽流。
「當其噴發時，多種物質被釋放到高層大氣中，」該研究的主要作者、法國留尼汪大學大氣與旋風實驗室（LACy）的研究員Stephanie Evan告訴《新聞周刊》。「其中包括水蒸氣、二氧化硫和火山灰。具體來說，二氧化硫是一種重要的火山氣體，可與大氣中的水蒸氣發生反應，形成主要由硫酸組成的火山氣溶膠。這些氣溶膠能夠散射陽光，影響氣候並在高層大氣化學中發揮重要作用，特別是在臭氧方面。」
這種蒸氣與從火山噴出的許多其它化學物質發生反應，導致熱帶西南太平洋和印度洋地區上空大氣中的臭氧分解。
「高層大氣中的火山氣溶膠在臭氧化學中發揮著重要作用。這些氣溶膠可以促進化學反應，將通常不活躍的氣體轉化為消耗臭氧層的分子，特別是氯原子。」Evan解釋道。
「湯加火山噴發後水蒸氣的增加產生了關鍵影響。它提高了相對濕度並冷卻了高層大氣，主要是在海拔 25至30公里之間。這種條件的變化使得火山氣溶膠表面溫度高於其通常的範圍，從而發生化學反應。這種火山氣溶膠上發生的化學反應會將通常不活躍的氯化合物（例如氯化氫）轉化為活性高的氯化合物（例如一氧化氯）。」
大量消耗臭氧
研究作者在論文中描述了他們如何在火山噴發五天後將氣球從印度洋的留尼汪島（Réunion Island）發射到火山羽流中，以測量火山羽流飄入大氣中時發生的化學反應。
他們發現，水蒸氣和氣溶膠表面積的顯著增加伴隨著臭氧的大量消耗，消耗率為每天0.07ppmv。他們還降低了氯化氫的濃度並增加了一氧化氯的濃度，這表明氯與臭氧發生了反應，從而侵蝕了大氣中的臭氧水平。
「簡言之，火山氣溶膠形成了能夠分解臭氧的物質，從而促進了臭氧的減少。氯化物的這種化學作用，在火山爆發一周後，導致了熱帶西南太平洋和印度洋地區上空高層大氣中臭氧的快速減少。」Evan說。
研究發現，羽流區域的臭氧濃度在一周內迅速下降了5%。雖然這個數字很大，但遠不及南極洲臭氧空洞的減少程度，南極洲的臭氧空洞每年9月至11月期間會減少約60%。而對熱帶地區臭氧層的破壞，即使是5%也非同尋常，因該地區的臭氧厚度通常非常穩定。
「在噴發期間，我們觀察到水蒸氣水平至少達到正常水平的70倍」，Evan說， 「水蒸氣的增加與臭氧的減少和氣溶膠層的存在有關。這些氣溶膠促進了化學反應，將高層大氣中通常不活躍的氣體轉化為消耗臭氧層的分子，例如氯原子。」
對南極臭氧層的影響
科學家曾預計火山羽流將漂到南極上空，使地球南極上空的臭氧空洞進一步變薄。然而，對南極臭氧空洞的觀測表明，火山爆發並未改變臭氧空洞的情況。
Evan說：「隨著來自湯加火山羽流在熱帶地區隨著時間的推移而移動，它逐漸分散開來。火山羽流的主要分散方向是南半球中緯度地區，這主要是由於高層大氣中的大規模環流模式所致。在擴散過程中，羽流中的水蒸氣濃度降低了。研究表明，水蒸氣水平需要顯著升高，達到正常背景水平的20倍左右，火山氣溶膠上的化學反應才會導致臭氧的破壞。因此，隨著羽流消散，水蒸氣水平在2022年1月底恢復到較低值，我們在NASA衛星測量中觀察到，對臭氧的快速消耗已經停止。」
作者希望利用這些發現進一步研究自然災害如何影響大氣，進而影響氣候變化。
「正如湯加火山噴發期間所觀察到的那樣，大量水蒸氣進入高層大氣中，可能會對氣候變化產生多種影響。水蒸氣是一種強效溫室氣體，它以紅外輻射的形式吸收來自地表的熱量，並隨後將其發回地表。」Evan說，「因此，注入如此大量的水蒸氣預計將導致大氣層變暖數年，直到氣體自然消散為止。」
「此外，水蒸氣的增加還可能對大氣化學產生二次影響，包括影響臭氧含量。然而，這些具體影響不在我們的研究範圍之內，不過它是一個科學界正在研究的主題。」#
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