3D建模复原汤加火山爆发！1000颗原子弹当量，人在英国刚被「震」到
视学算法报道
编辑：好困 袁榭
【新智元导读】2022年汤加火山爆发，字面意义上震动了半个地球的人。从在家DIY树莓派套装监测震波的发烧友，到灾害科学家；从断网受灾的当地人，到刚找到的当地中国打工人，再到整个太平洋沿岸防备海啸的居民。
2022年之前，你可能都不知道「汤加」是一个地名。
但1月当地一座水下火山的喷发，却在半个地球上掀起了字面意义的惊涛骇浪。
这次堪称是21世纪全世界最大规模的火山爆发，释放的能量相当于一千颗1.6万吨TNT当量的原子弹（小男孩）同时爆发，略等于世界上引爆过的最大「沙皇核弹」当量的三分之一。
这座「平平无奇」的火山由两个无人居住的小岛组成，位于汤加首都努库阿洛法以北约65公里（40英里）处，是「环太平洋火山带」的一部分。
虽然它只高出海平面114米，但隐藏在海浪之下的是一座巨大的火山，高约1800米，宽20公里。
对此，荷兰数据可视化分析师frédérik ruys根据美国地球物理学会和美国海洋大气管理局的勘测数据绘制了汤加海底火山的3D模型。
此外，他还制作了太平洋板块俯冲区的三维视图，以便理解火山形成的原因。
北京时间1月18日上午，据@中国气象爱好者报道，汤加火山已暂时停止喷发。
「在阳光之下，火山口上的洪阿哈阿帕伊岛已被炸飞，消失在太平洋上。」
然而，有科学家根据地质沉积分析得出，汤加火山此前每一次大型的喷发事件，都会伴随着许多小型喷发。
因此，该火山目前可能仍会面临几周甚至几年的动荡。
人在英国，用树莓派在家监测
当全世界人都在关注汤加的时候，业余工程师与硬件发烧友们也在用自己的方式出力，他们的对策是「树莓派包治百病」：即使人在地球的另一边，也可以用树莓派+传感器来监测爆发强度，为灾害监测出一份力。
2022年1月15日晚，家住英国约克市的生物工程师桑迪·麦唐纳在家里用树莓派的 Pimoroni Breakout Garden Mini 扩展板加装了 BME280 传感器，编定程序每5秒记录一次数据。这些加起来不到120美元的硬件，组合成了一个简易的大气震波检测套装。
在硬件组装好之后，格林威治时间晚间18点35分，桑迪收到首组数据，在距离爆发点16270公里的英国约克市，从西往东方向的大气震波以1135千米/小时或315米/秒的速度扫过。
在波形图上，这股震波以突然凸起的波峰呈现，紧接着就是比平时震荡程度更剧烈的波谷，在格林威治时间晚间20点后回复平常程度。
格林威治时间2022年1月16日凌晨1点40分，桑迪家的简易探测器检测到了环绕地球一周后的震波反弹。反方向的震波以307.5米/秒的速度扫过。
桑迪在推特上说，考虑到另一方向约克距汤加的距离是23,805千米，他自己估计第二波震波该在凌晨1点钟左右到达他家，并没晚出预计很多。
桑迪还开玩笑说：「等下，我这是不是证明了地球是圆的？」
桑迪还在可视化面板中导出了自己家里不同位置的受震数据：房前、屋后、卧室、起居室的受震程度各有细微不同。
桑迪·麦唐纳的推特引发了来自全世界的跟帖热潮，大家发现原来地球上真的隐藏了很多高手……哦不，是热爱监控自家环境且半夜读传感器数据的硬件发烧友。
来自美国西雅图的自宅震波图
来自法国勃艮第地区的自宅震波图
来自德国的自宅震波图
来自瑞士的自宅震波图
此外，美国马萨诸塞大学洛厄尔分校的马修·巴洛教授也对这次火山喷发进行了可视化呈现。
汤加火山爆发给地球带来的初次震波
震波在地球上的反弹
德国普朗克天文研究所的教育推广负责人马库斯·波塞尔呼吁推特用户和官方为这些自测数据建立专门的hashtag，以便搜集数据研究这次「核平」级别的自然灾害。
地质学家与自然灾害研究者米加·麦金农称，这些数据说明汤加火山喷发的威力很可能仅次于1883年印尼巽他海峡的喀拉喀托火山爆发，那次爆发的威力相当于4颗「沙皇核弹」同时爆发。虽然火山活动渐停，但伴生的海啸将会在近期影响整个环太平洋沿岸。
所以搜集这些数据的意义并不只是业余工程师们闲得发慌的自娱自乐。远离爆点半个地球仍然高速的大气震波、将接踵而来的海啸，都预示着近期可见的强烈自然灾害。
而且并非数据不剧烈，灾害就温和：即使浪高1英尺、将将到成年男子膝上的海啸，都具有毁物伤人的动能。
汤加火山喷发时间线
（以下为当地时间记录）
1月14日，凌晨4点20分左右
汤加火山初次爆发，将火山灰、蒸汽和气体羽状物送入大气层，高达20公里。
此前，汤加火山自12月20日的喷发后就一直处于活跃状态，1月11日，当局宣布该火山转为休眠状态。
喷发后拍摄的卫星图像显示，连接的火山锥已被基本摧毁。此后，汤加气象局向全国所有岛屿发出海啸警告，火山爆发后记录到的海浪最高达30厘米。
1月15日，下午5点10分
汤加火山再次喷发。
这次大规模的喷发比1月14日的喷发更大，产生的能量形成了伞状的火山灰云，使火山灰羽集中向外扩散。
灰羽的初始高度估计为15.2公里，后来上升到30公里高，而直径也在被风吹乱之前扩散到260公里。
1月15日，下午5点30分
20分钟后，当地时间下午5点30分，根据澳大利亚气象局的数据，在汤加首都努库阿洛法观察到1.2米的海啸波。
社交媒体上出现了大浪淹没沿海地区的照片和视频，并有报道称人们正在向内陆和高处转移。
录像显示，海浪对建筑物和海堤等基础设施造成了严重的破坏。
1月15日，下午6点15分
到了太平洋地区的傍晚，火山仍然向着邻近的汤加岛屿喷洒火山灰。
据报道，黑暗笼罩着努库阿洛法的天空，地面上被覆盖在一层厚厚的火山尘埃上。
火山学家Chris Firth博士说，除了会中断飞机对飞行，火山灰还会影响植物、污染水源，以及对食物的供应造成影响，进而阻碍之后的恢复工作。
这段来自新西兰国家水和大气研究所的卫星图像视频显示，喷发的火山灰羽流笼罩着汤加的主要岛屿汤加塔布岛。
1月15日，晚上7点
包括新西兰、澳大利亚、美国和英国的地震台都记录到了火山喷发产生的气压激增，并观察到了两次冲击波。
澳大利亚气象局的数据显示，冲击波的速度超过1000公里/小时，几乎和音速一样快，进而导致大气压力的明显跳跃。
整个太平洋地区，包括斐济和瓦努阿图，以及远至9000多公里外的阿拉斯加，都听到了火山爆发产生的音爆声。
1月15日，晚上8点15分
在随后的几个小时里，整个太平洋地区都发出了海啸警报，包括新西兰、澳大利亚、美国西海岸和日本，8个县的约23万人被迫撤离。
专家表示，海啸是由通过水传播的冲击波，或火山海底部的山体滑坡引发的。
据估计，历史上只有5%的海啸是由火山引起的，包括1883年的喀拉喀托火山爆发，它在印度洋引起了毁灭性的海啸。
1月16日
全球许多沿海地区都有大浪和强流的记录。
社交媒体上的图片显示，南太平洋几个岛屿的沿海房屋被毁，而日本的太平洋海岸出现了近1.2米的海浪。
新西兰当局证实，一条连接汤加和斐济的海底电缆已被损坏。
1月17日，下午3点
新西兰气象局报告说，汤加火山喷发产生的火山灰正向西飘向澳大利亚北部，高度在12-20公里之间。
无夏之年？暂不用担心
1815年，强度7级的坦博拉火山喷发直接改变了当时全球的气候，而随后的几个月也被人称为「无夏之年」。
1991年皮纳图博火山爆发注入大气层的二氧化硫约为2000万吨，让当年全球平均气温下降0.6摄氏度。
很明显，汤加的爆炸足够猛烈，足以将其烟羽喷到地球表面以上的平流层。但随后的记录表明，没有释放足够的二氧化硫来产生足够的影响。
Hausfather博士表示：「我们最新的测量结果是，大约40万吨的二氧化硫最终从这座火山进入平流层。」
根据Nebel教授的说法，这次爆炸可能位于VEI指数的4到5之间，与公元79年摧毁庞贝城的维苏威火山相当。
既然是海底火山，那么海水应该是可以把岩浆冷却下来的，为什么这次的喷发还会有如此高的爆炸性？
如果岩浆缓慢地上升到海水中，在大约1200℃的温度下，岩浆和水之间会形成一层薄薄的蒸汽，成为一个绝缘层，使岩浆的外表面得以冷却。
但是，当岩浆从充满火山气体的地下喷出时，这个过程就不起作用了。由于无法形成蒸汽层，热岩浆便会与冷水直接接触。
火山研究人员称之为「燃料-冷却剂相互作用」，它类似于武器级的化学爆炸。而极其剧烈的爆炸将岩浆撕裂，开启了一个连锁反应。
岩浆碎片不停地剥落，并将新的内表面暴露给海水，周而复始，最终全部喷射出火山，造成超音速的爆炸。
似乎是历史的必然
此前，汤加火山在2014和2015年的喷发将两个古老的岛连接起来，形成一个长约5公里的组合岛。
而科学家在在绘制海底地图时，发现了一个隐藏在海浪下150米的「火山口」，宽约5公里。小的喷发（如2009年和2014/15年）主要发生在破火山口的边缘，但大的喷发来自火山口本身。
从过去喷发的化学成分来看，科学家认为小的喷发代表着岩浆系统正在缓慢地自我充电，为一个大的事件做准备。
他们在旧岛的沉积物中发现了汤加火山口过去两次巨大喷发的证据。
通过与65公里外汤加塔普岛上的火山灰沉积物进行化学比对，然后用放射性碳的日期表明，大型破火山口喷发大约每1000年发生一次，最后一次是在公元1100年。
由此，1月15日的喷发似乎正符合「大喷发」的时间表。
在汤加失联的中国男子找到
1月17日，一名正在汤加工作的男子在海啸发生后给他的妻子转了3355元钱，并发语音称火山爆发，海啸要来了，现在正准备去机场，然后就失去了联系。
当事人表示，丈夫可能把微信里所有的钱都转给自己了。
之后她曾无数次尝试联系丈夫，虽然电话接通了两次，却是一个外国人在接。
目前，国家外交部领事保护中心官方微博@领事直通车发文表示：「驻汤加使馆已与朱健雄先生取得联系，确认朱先生目前安全。」
根据中国驻汤加大使馆此前的通报，暂无中国公民在汤加伤亡。
参考资料：
https://www.theguardian.com/world/2022/jan/17/tonga-volcano-a-visual-guide-to-the-eruption-and-its-aftermath
https://www.tomshardware.com/news/raspberry-pi-detects-tonga-volcano
https://www.hackster.io/news/tonga-eruption-pressure-wave-caught-on-a-raspberry-pi-thousands-of-miles-away-three-times-in-a-row-ec5a117ddac6
https://theconversation.com/why-the-volcanic-eruption-in-tonga-was-so-violent-and-what-to-expect-next-175035
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