用极地的一粒火山灰，追踪历史中带来萧条的神秘火山

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2025-01-08 11:30知社学术圈官方账号

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1831年至1833年，由于一场神秘的火山大爆发，地球北半球出现了普遍的降温现象。从阿尔卑斯山到中国河北，许多地方都因此出现了极端天气以及农业减产。然而由于缺乏直接的文字记载，到底是哪座火山发生了这样的爆发。一个来自于圣安德鲁斯大学的研究团队作出了侦探般的杰出努力，凭借极地冰层中提取出来的火山灰碎片，追踪到了上万公里之外的“元凶火山”。

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神秘的火山位于偏远的千岛群岛
图源：Oleg Dirksen

在19世纪上半叶的中国，一场严重的经济衰退正在发生。由于其时正值道光年间，学者称之为“道光萧条”。据著名经济史学家麦迪森(Angus Maddison）估计，在1820年以后的一个半世纪中，中国经济在世界经济中的份额一直在下降，并成为世界六大经济体中唯一出现人均GDP下降的地区。

这场危机扯下了所谓的“康乾盛世”的最后一点体面，清朝统治者不得不直面国势倾颓的现实。有学者指出，道光萧条的成因是复杂的，然而气候剧变导致的生产衰退是其中的重要原因。

气象史学家普遍认为，大约自14世纪起，北半球进入了一个小冰川时期，其温度出现了较为明显的下降。这个小冰期的结束时间，大致在19世纪上半叶，正是道光萧条发生的前后。小冰期行将结束之时，气候开始发生剧烈的波动变化，对农业社会的生产造成了巨大冲击。

无独有偶，与气候的剧烈变化相伴的，还有一系列重大火山喷发事件。这无疑让小冰期最后的一段严寒更为难熬。这一时期最重大的火山喷发事件有四起，包括1815年的印度尼西亚坦博拉火山爆发、1835年的尼加拉瓜科塞圭纳火山爆发，以及另外两起发生于1808年和1831年爆发。由于缺乏历史文献记载，后两场爆发的火山一直没被找出来。

其中1831年的火山爆发，在北半球导致了异常降温现象。作曲家费利克斯·门德尔松在这年夏天翻越阿尔卑斯山，不幸地撞上这种灾难性的天气。他写道：“天气恶劣，大雨彻夜达旦，就像冬天一样冷。近处山上也已经积满了厚厚的积雪……”科学家估计，1831年的火山爆发，大约向大气层中注入了约1300万吨硫，这一污染足以致使北半球气候降温0.5至1 °C。

这种异常降温足以威胁到人们的农业生产，比如：1832至1833年发生在印度马德拉斯及贡土尔等地的饥荒；1832至1838年发生在日本的天宝饥荒。这两场饥荒，都是由于恶劣的天气条件导致了农作物歉收。中国多地也出现了霜期延长的现象。据《清史稿·灾异志》记载：“道光十二年（1832年）四月，诸城陨霜杀麦。七月，望都、宁津陨霜杀禾。” 

虽然这场火山爆发带来的影响是灾难性的，但它毕竟发生在两百多年前，由于没有直接的文献记录，人们一直无从得知，这场巨大爆发来自于哪座火山。

近日，一个来自圣安德鲁斯大学的研究团队，终于破解了这一谜题。研究的主要负责人为William Hutchison博士。

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William Hutchison博士
图源：School of Earth and Environmental Sciences
(University of St Andrews)

与其他大型火山喷发一样，1831年的喷发也在格陵兰岛和南极洲的冰芯层中留下了“硫痕迹”，也就是火山灰的细微碎片。由于极地环境的特殊，这些痕迹按年代沉积下来，研究人员得以找出1831年的火山灰碎片。然后，他们将这些碎片从冰芯中提取分析，再与火山口的样本进行比对，就可以找到1831年爆发的“幕后元凶”。

原理虽然简单，但做起来并不容易。南极洲冰芯中保存的火山灰碎片极其微小，要提取并分析它们极为困难。Hutchison博士介绍道：“直到最近几年，我们才开发出装置，将从极地冰芯中的微小火山灰碎片提取出来并对其进行详细化学分析。这些碎片实在非常微小，尺寸大约只有人类头发直径的十分之一。”

Hutchison的团队使用的是来自美国沙漠研究所 (DRI) 痕量化学实验室的冰芯分析系统。他们以极高的时间分辨率分析了冰芯样本，将1831年火山爆发的时间精确到当年春夏。接下来，是要寻找合适的火山口样本进行数据比对。

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于格陵兰岛获取的冰芯样本
图源：Michael Sigl

但是北半球的火山何其之多，找起来谈何容易。寻找火山口花费了研究人员很多的时间。后来，研究人员注意到，1831年爆发产生的火山灰碎片的钾含量非常低，与其他火山喷发的火山灰有着显著区别，“一点儿不像冰岛或阿拉斯加的”。

就这样，千岛群岛进入了研究人员的视线。2023年5月，Hutchison获得了一份来自日俄科学家提供的火山灰样本，采集自一座名为扎瓦利茨基的火山。这些样本是20世纪90年代初，日俄美三国的联合考察团在千岛群岛进行科学考察时采集的。Hutchison与同事们将这些样本与冰芯样本进行对比，发现其化学特征完全一致。1831年爆发的神秘火山正是位于千岛群岛的扎瓦利茨基火山！

扎瓦里茨基火山又名绿湖火山臼，位于千岛群岛中的新知岛。它最后一次喷发在1957年，如今形成了三重火山臼的独特外观。这片区域人迹罕至，也正因如此，扎瓦里茨基火山在1831年的爆发并无明确的文献记载，所以沉寂多年。

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扎瓦里茨基火山鸟瞰照片
图源：Image courtesy of the Image Science & Analysis Laboratory,
NASA Johnson Space Center

有赖于Hutchison博士及其同事的研究工作，这一神秘火山终于浮出水面。它不仅为历史学家提供了重要参考，也让科学家可以绘制出活跃火山的分布情况，为未来监控火山活动提供重要依据。
参考文献：
https://www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.2416699122


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