【文/費傑】
各位朋友，大家下午好。我是來自復旦大學中國歷史地理研究所的費傑。
在過去近20年的時間裡面，我主要從事的是關於歷史時期火山噴發的氣候效應這方面的研究。其實這方面的從業者非常少，全世界可能也就幾十個人，所以非常有幸福感。
為什麼要從事這方面的研究呢？我們知道，現在的火山噴發都有監測記錄。歷史時期的火山噴發，可能在規模或者類型等各方面，都超過了現在的火山噴發，所以對它的研究非常有助於加深我們對火山的認識，對氣候的認識。
但是這些火山又沒有檢測，不會說話，所以我就希望通過研究，來讓這些不會說話的歷史時期的火山，能夠說起話來。
有的朋友可能覺得火山噴發離我們很遙遠，但其實一點都不遙遠。就在幾年前（2010年），冰島的一次非常小規模的火山噴發，造成了冰島嚴重的空氣汙染，這一地區所有的航空運輸全部中斷了。不知道當時有沒有哪位朋友滯留在機場，如果有的話應該印象會很深刻。
冰島的這個火山是裂隙式的火山，它是發育在大洋中脊這些地方，但其實更多的是這種錐狀的火山。
左：裂隙式火山。右：錐狀火山
我們看一下，左邊的是冰島的Laki火山，它是一種典型的裂隙式火山。右邊的是非常著名的日本富士山，它是一座活火山，是錐狀火山。
左：裂隙式的冰島Laki火山。右：錐狀火山日本富士山
那什麼是活火山？活火山一般講就是在全新世，在過去一萬年有過噴發的火山。還有一些火山可能史前時期曾經噴發過，但是到了全新世它就不噴發了，這樣的火山就稱為死火山。但是有些火山乍一看，它已經是一個死火山，但是有時候因為巖漿突然又活躍起來，它睡著睡著又突然就醒了，這種火山我們就稱它為休眠火山。
剛剛介紹的其實都是活火山。我們看一下，這幾個是死火山。這是南京江寧的方山，它最後噴發於大概10到11個百萬年以前。
我們附近的死火山：南京江寧方山
合肥的大蜀山最後噴發於大概36個百萬年以前。這兩個火山離我們都很近，朋友們有機會也可以去看一下，現在都被建成了地質公園。
我們附近的死火山：合肥大蜀山
還有一種類型，比方講像蘇州的虎丘。
蘇州虎丘已經被逐出了火山界
蘇州的虎丘其實也是一座火山，但是它是在恐龍的那個年代，就是在中生代噴發。因為它噴發得太早了，雖然它的熔巖流，就是這些玄武巖還在，但是我們一般已經不把它稱為火山，因為它上一次噴發距今已經上億年了。我們已經把它逐出了火山界。
火山有大有小。一般可能大家覺得它就是一個山包，但其實有些非常大的火山，它可以形成一個高原。像印度主體——德幹高原，其實就是在中生代末期，由大規模的火山噴發，熔巖流堆積而形成的一個高原。所以火山噴發可以造就一個高原。
印度德幹高原
小的火山，大家看一下，這是義大利的一座火山布斯卡火山。
上面這些火山都是噴巖漿的，其實還有一些比較特殊的，像這個。
這個火山是不噴巖漿的，因為它溫度比較低，只能噴泥漿，所以就稱它為泥火山。江蘇的溧陽就有這種泥火山，大家有機會可以去看看。
如果說一個火山，它連泥漿都噴不出來，只能噴一些熱的水，那這種情況下我們也就不再叫它火山，而稱它為溫泉。
那我們來看一下，現在地球上的活火山都分布在什麼地方。
這張圖中，這些紅點不是火山，而是地震的震中。這些地震的震中，其實正好勾勒出了我們地球上板塊的邊界。
黑色的三角形代表火山，我們可以看到，其實大多數的火山都分布在板塊的邊界，其中最多的是在這種消亡型的板塊邊界，也就是地殼消失的地方、板塊碰撞的地方，這裡一般都會形成錐狀的火山。還有一小部分發育在大洋的中脊上面，一般會形成裂隙式的火山，後面這種火山比較少見。
我們下面來看一看，火山到底會對人類造成哪些危害。公元79年，義大利的維蘇威火山噴發，其實這是一次小規模的噴發，但是它的熔巖流掩埋了附近的龐貝城。這是當時的一些遇難者。
如果是一個比較大規模的火山，像1991年菲律賓的皮納圖博火山的噴發，它的噴發柱超過30公裡，已經深入到了平流層，比飛機巡航的高度還要高很多。這個噴發就造成了顯著的氣候效應，在1992年，也就是它噴發的次年，全球平均氣溫降低了0.5度。
1991年菲律賓的皮納圖博火山噴發
可能大家覺得0.5度不算什麼，但其實這個降溫並不是平均的，而是表現為很多低溫災害。比如中國的東北在這一年夏天就經歷了嚴重的低溫冷害。這次降溫還有一個效果，就是它一度中止了我們這些年來全球變暖的趨勢。
如果放眼到更久遠的地質時期，像印度德幹高原的火山噴發，它大概發生在距今6500萬年前，也就是中生代和新生代交界的時候。
這次火山爆發背後的原因，可能是這個時間點上的一個隕擊事件，也就是小行星撞到了墨西哥的尤卡坦半島，激發了全球範圍內的火山噴發，其中就包括德幹高原的火山噴發，然後造成了全球範圍的生物大滅絕，絕大多數的恐龍都在那個時候滅絕了。當然這只是科學家的一種推測。
我們看一下火山噴發對大氣的影響到底是怎麼樣的。這是小規模的噴發，它的噴發柱只停留在對流層，所以噴出的火山灰很快就被降水衝刷到地面，所以不會有明顯的氣候效應。
小規模噴發
大家可能以為火山噴發之後，因為有火，所以氣溫會升高，但其實火山噴發最主要的氣候效應是造成地面的降溫。
如果是大規模的噴發，它的噴發柱會進入到平流層，就是超過了飛機巡航的高度。它在平流層停留，然後太陽輻射就會被火山灰和它的一些衍生物給散射或者反射掉，到達地面的太陽光就變少了，地面就變冷了。
強烈的噴發
我們來看一下，這是過去600年火山噴發造成的全球性的降溫。這個圖的縱坐標是溫度的變化，橫坐標是年份，上面的溫度是用北半球高緯度地區的樹木年輪來指示的。
火山噴發的氣候效應——全球性降溫
這個地區的樹木年輪，主要是受控於夏季的溫度。當夏季溫度比較高，天氣比較暖和的時候，樹輪就長得寬；如果比較冷，樹輪長得就窄。所以通過測量樹輪的寬度，就可以重現過去的夏季溫度的變化。
我們可以看到，在這張圖上面最冷的一個夏天——1601年的夏天，其實是對應的秘魯的懷納普蒂納的噴發。另外一個標紅的就是所謂的「無夏之年」，對應的是1815年的坦博拉火山噴發。
其實在這張圖上面，絕大多數的涼夏，就是特別寒冷的夏天，都對應了火山噴發。所以其實大家可以看到，火山噴發是氣候變化的一個非常重要的原因。特別是在歷史時期，人類活動的影響很小的時候，火山噴發和太陽活動就是氣候變化的兩個最重要的原因。
我們下面來看幾個例子。這是公元934年冰島的埃爾加火山噴發。這個火山噴發的規模很大，噴出地表的二氧化硫等氣體的量非常大，噴發持續的時間也很長，有三到八年。
約934AD，冰島埃爾加（Eldgjá）火山噴發持續3到8年，共噴出地表232Mt二氧化硫
這次火山噴發雖然規模很大，但是因為距今年代很久遠，而那個時候在歐洲又是「黑暗時期」，所以資料很少。但是經過一些學者的努力，最近發現，它帶來的降溫集中在939年前後。
Chenet et al., 2005; Self et al., 2004; Oppenheimer et al., 2018
這次火山噴發的時候，中國正處在五代十國時期，中原地區是後晉王朝，北方是契丹，是遼國。
我去尋找了相關的歷史文獻資料，就發現《遼史》記載，在939年的盛夏，7月份，內蒙古的東南部下雪了。939年的冬天，在開封那一帶，也就是後晉的首都附近，「大雪害民，五旬未止」。
到下一年，940年的冬季，11月份，在南京、揚州一帶的運河已經封凍，漕運都中斷了。941年初，在山東的萊州灣，海冰非常嚴重，從海岸一直延伸到海裡面一百多華裡。所以我們可以發現，在939年到940年，中國經歷了非常嚴重的降溫。
除了降溫以外，我通過搜集整理歷史文獻還發現：在942年到943年，中國還出現了非常嚴重的旱災、蝗災，後來又造成了饑荒。
當然，火山噴發造成降溫的機制是比較清楚的，但它和降水的關係要相對複雜一些。但確實過去很多研究表明，中國歷史上大多數大規模的火山噴發以後，都出現了旱災。
經歷了上面的這些自然災害以後，後晉的國運就受到很嚴重的打擊。據《五代史》說「晉祚自茲衰矣」，就是後晉從此就衰落了。後晉滅亡於947年，離這個饑荒只有三年。
通常歷史學家會告訴我們，是契丹的入侵造成了後晉的滅亡，當然這其中有很多軍事的、外交的、政治的原因。但實際上通過梳理這一次冰島的火山噴發，以及其後的氣候效應，我們可以發現，其中可能存在一個非常有意思的因果關係的鏈條。
首先是冰島火山噴發，噴發以後出現降溫，出現旱災、蝗災、饑荒，然後就導致後晉衰落，契丹趁機入侵了後晉，三年以後，後晉就滅亡了。
所以火山噴發的研究，也是給一些歷史事件的解釋提供了一個新的視角，當然只是一個新的視角，還沒有形成定論。
這是明代著名文學家袁宏道的《袁中郎全集》裡收錄的一些詩篇，是關於1602年，在湖北荊州公安一帶異常多雪的一些詩篇。朋友們可能經常會看一些古代的文學作品，但可能不會想到，袁宏道為什麼會寫這麼多詠嘆降雪的詩篇。
其實和這些詩歌的創作時間差不多的時間——1601年的夏天，我們的黃河中下遊地區經歷了嚴重的霜災，有些地方還下了雪，長江下遊也有降雪。其實背後的原因也是火山噴發。
1600年，秘魯的懷納普蒂納火山噴發（1600年2月19日——1600年3月5/6日）。這一次火山噴發是南美洲歷史時期最大規模的火山噴發。秘魯當時人口是非常稀少的，但這次噴發還是造成了大約1500人遇難，秘魯南部地區的社會、經濟在整個17世紀都沒有能夠恢復過來。所以它的影響是非常深刻的。
1600年，秘魯的懷納普蒂納火山噴發
所以火山噴發，其實是袁宏道為什麼會寫出這麼多詠雪詩篇的原因。我也為文學家們找到了一個問題的答案。
火山噴發除了降溫、旱災之外，還有些什麼氣候效應呢？其實還有一個很奇特的現象，就是曙暮光。
火山噴發以後，空氣被汙染了，空氣裡面全是火山灰。特別是在日出日落的時候，太陽光比較弱；太陽光照過大氣層的時候就只剩下紅光，所以天空會變得非常紅，就形成了非常絢麗的曙暮光。
這是愛德華·蒙克非常有名的畫作《吶喊》。
愛德華·蒙克的《吶喊》
有的朋友可能覺得這幅畫的背景是作者自己想像出來的，但其實不是。我們可以對比一下這張圖。這是當時一個寫實的畫，畫的是1883年倫敦的曙暮光，其背後的成因是1883年印尼的Krakatoa火山噴發。
Symonsed.,1888
除此之外，火山噴發還會造成另外一種環境效應，就是空氣汙染，火山霾。舉一個例子，1783年冰島的Laki火山噴發以後，在歐洲，包括北美洲在內的北半球很多地區都出現了火山霾。
左圖：歐洲各地的火山霾。右圖：北半球其他地區的火山霾
因為火山灰裡面有很多刺激性的成分，很多是有毒有害的，所以出現了這種火山霾以後，歐洲很多地區的死亡率突然升高了。其實就是這個火山霾造成了很多人的死亡。
Laki火山噴發前後，英格蘭死亡率變化。
上面的這些火山噴發都有歷史文獻的資料作為依據。但是世界那麼大，火山那麼多，噴發也很多，其實絕大多數的火山噴發都沒有留下歷史文獻的資料。那這些火山噴發，我們是怎麼知道它們的存在呢？有一個比較好的辦法就是到兩極地區，到有冰川的地方去打冰鑽，就是採冰芯。
火山噴發以後，火山灰進到大氣層裡面，它的酸性氣體會變成酸性的液滴，就是變成酸，隨著降水降落到地面，降落到兩極地區的這些冰層上面。這樣以後，那一年冰層的酸度就特別高。通過逐年地測量冰層的酸度，我們就可以得到過去火山噴發的一個序列。
這是最早的根據冰芯來建立的火山噴發的一個序列，大概是從公元500多年一直到公元一九七幾年。
鑽取於1970年代的格陵蘭Crête冰芯記錄，記錄了過去1500年火山噴發事件。
從右邊開始，這個紅色的是冰島的埃爾加噴發，就剛剛介紹過的；左邊最下面的是秘魯的懷納普蒂納火山噴發；往上是冰島的Laki噴發；再往上就是「無夏之年」，1815年的坦博拉火山噴發。
說了這麼多火山的災害，火山它到底有沒有什麼好處呢？其實也是有的。
這個水蜜桃是無錫陽山的水蜜桃，是無錫的特產。因為我老家是無錫的，無錫的陽山其實是一座中生代的火山，很多火山附近地區的土壤特別肥沃，所以像無錫的陽山，它這個地方就特別適合種植水蜜桃，所以水蜜桃就變成了無錫的一個特產。
好，那我們現在就來說一說中國的火山。中國其實火山不是很多，這幾個是比較著名的火山，在現代噴發得很少。
像新疆的阿什庫勒火山，它是在無人區，噴發也沒有人知道。
新疆的阿什庫勒火山，曾於1951年5月27日噴發
騰衝的來鳳山火山是在全新世，就是在過去一萬年曾經噴發過。
雲南騰衝來鳳山火山，過去一萬年曾噴發
最有名的是吉林長白山天池火山。在歷史時期，中國境內最大規模的火山噴發，就是這個長白山天池火山的所謂「千年大噴發」，是在距今一千年左右的一次大噴發。
吉林長白山天池火山，1000年多次噴發
左邊的圖是長白山天池火山的一個示意圖。右邊的圖是在火山噴發以後，它就形成了一個破火山口，很深，後來就積水，變成了一個火山口湖，這就是長白山天池，在朝鮮被稱為白頭山天池，是在長白山的主峰。
圖片來源：馬晗瑞，2016
長白山很神秘。在東北地區，包括朝鮮族在內的很多民族都把它稱為「聖山」。長白山主峰天池火山的噴發也非常神秘，它的「千年大噴發」規模很大，但是關於它噴發的年代，我們卻一直測不準。
雖然天池火山每次噴發以後，都會造成那個地方的森林大火，會燒毀一些森林，然後留下一些炭化木。這些炭化木可以用來做碳14的年齡的測定，但是因為這個火山每隔幾十年、上百年就會噴發一次，所以就很難搞清楚那些炭化木到底是不是「千年大噴發」形成的。
長白山天池火山千年大噴發的炭化木或炭屑
於是測出來的噴發年代的結果就五花八門，從公元700多年一直到1200年都有。我最近參加了一個新的年代測定的項目，測量結果是在公元946年前後噴發。這個結果和歷史文獻有一些印證，可能是一個比較接近真實的結果。
因為這個長白山天池火山的噴發年代一直撲朔迷離，所以對它的很多研究就很難開展，包括它對氣候環境等等方面的影響，都還有很多的未解之謎。
其實不光是長白山天池火山，整個歷史時期的火山都還有非常非常多的未解之謎。我覺得對我來講，火山研究的魅力可能就在於不斷地探索。
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