3D建模復原湯加火山爆發！
2022年之前，你可能都不知道「湯加」是一個地名。
但1月當地一座水下火山的噴發，卻在半個地球上掀起了字面意義的驚濤駭浪。
這次堪稱是21世紀全世界最大規模的火山爆發，釋放的能量相當於一千顆1。6萬噸TNT當量的原子彈（小男孩）同時爆發，略等於世界上引爆過的最大「沙皇核彈」當量的三分之一。
這座「平平無奇」的火山由兩個無人居住的小島組成，位於湯加首都努庫阿洛法以北約65公里（40英里）處，是「環太平洋火山帶」的一部分。
雖然它只高出海平面114米，但隱藏在海浪之下的是一座巨大的火山，高約1800米，寬20公里。
對此，荷蘭資料視覺化分析師frédérik ruys根據美國地球物理學會和美國海洋大氣管理局的勘測資料繪製了湯加海底火山的3D模型。
此外，他還製作了太平洋板塊俯衝區的三維檢視，以便理解火山形成的原因。
北京時間1月18日上午，據@中國氣象愛好者報道，湯加火山已暫時停止噴發。 「在陽光之下，火山口上的洪阿哈阿帕伊島已被炸飛，消失在太平洋上。」
然而，有科學家根據地質沉積分析得出，湯加火山此前每一次大型的噴發事件，都會伴隨著許多小型噴發。 因此，該火山目前可能仍會面臨幾周甚至幾年的動盪。
人在英國，用樹莓派在家監測
當全世界人都在關注湯加的時候，業餘工程師與硬體發燒友們也在用自己的方式出力，他們的對策是「樹莓派包治百病」：即使人在地球的另一邊，也可以用樹莓派+感測器來監測爆發強度，為災害監測出一份力。
2022年1月15日晚，家住英國約克市的生物工程師桑迪·麥唐納在家裡用樹莓派的 Pimoroni Breakout Garden Mini 擴充套件板加裝了 BME280 感測器，編定程式每5秒記錄一次資料。這些加起來不到120美元的硬體，組合成了一個簡易的大氣震波檢測套裝。
在硬體組裝好之後，格林威治時間晚間18點35分，桑迪收到首組資料，在距離爆發點16270公里的英國約克市，從西往東方向的大氣震波以1135千米/小時或315米/秒的速度掃過。
在波形圖上，這股震波以突然凸起的波峰呈現，緊接著就是比平時震盪程度更劇烈的波谷，在格林威治時間晚間20點後回覆平常程度。
格林威治時間2022年1月16日凌晨1點40分，桑迪家的簡易探測器檢測到了環繞地球一週後的震波反彈。反方向的震波以307。5米/秒的速度掃過。
桑迪在推特上說，考慮到另一方向約克距湯加的距離是23，805千米，他自己估計第二波震波該在凌晨1點鐘左右到達他家，並沒晚出預計很多。
桑迪還開玩笑說：「等下，我這是不是證明了地球是圓的？」
桑迪還在視覺化面板中匯出了自己家裡不同位置的受震資料：房前、屋後、臥室、起居室的受震程度各有細微不同。
桑迪·麥唐納的推特引發了來自全世界的跟帖熱潮，大家發現原來地球上真的隱藏了很多高手……哦不，是熱愛監控自家環境且半夜讀感測器資料的硬體發燒友。
來自美國西雅圖的自宅震波圖
來自法國勃艮第地區的自宅震波圖
來自德國的自宅震波圖
來自瑞士的自宅震波圖
此外，美國馬薩諸塞大學洛厄爾分校的馬修·巴洛教授也對這次火山噴發進行了視覺化呈現。
湯加火山爆發給地球帶來的初次震波
震波在地球上的反彈
德國普朗克天文研究所的教育推廣負責人馬庫斯·波塞爾呼籲推特使用者和官方為這些自測資料建立專門的hashtag，以便蒐集資料研究這次「核平」級別的自然災害。
地質學家與自然災害研究者米加·麥金農稱，這些資料說明湯加火山噴發的威力很可能僅次於1883年印尼巽他海峽的喀拉喀托火山爆發，那次爆發的威力相當於4顆「沙皇核彈」同時爆發。雖然火山活動漸停，但伴生的海嘯將會在近期影響整個環太平洋沿岸。
所以蒐集這些資料的意義並不只是業餘工程師們閒得發慌的自娛自樂。
遠離爆點半個地球仍然高速的大氣震波、將接踵而來的海嘯，都預示著近期可見的強烈自然災害。
而且並非資料不劇烈，災害就溫和：即使浪高1英尺、將將到成年男子膝上的海嘯，都具有毀物傷人的動能。
湯加火山噴發時間線
（以下為當地時間記錄）
1月14日，凌晨4點20分左右 湯加火山初次爆發，將火山灰、蒸汽和氣體羽狀物送入大氣層，高達20公里。
此前，湯加火山自12月20日的噴發後就一直處於活躍狀態，1月11日，當局宣佈該火山轉為休眠狀態。
噴發後拍攝的衛星影象顯示，連線的火山錐已被基本摧毀。此後，湯加氣象局向全國所有島嶼發出海嘯警告，火山爆發後記錄到的海浪最高達30釐米。
1月15日，下午5點10分 湯加火山再次噴發。 這次大規模的噴發比1月14日的噴發更大，產生的能量形成了傘狀的火山灰雲，使火山灰羽集中向外擴散。
灰羽的初始高度估計為15。2公里，後來上升到30公里高，而直徑也在被風吹亂之前擴散到260公里。
1月15日，下午5點30分 20分鐘後，當地時間下午5點30分，根據澳大利亞氣象局的資料，在湯加首都努庫阿洛法觀察到1。2米的海嘯波。
社交媒體上出現了大浪淹沒沿海地區的照片和影片，並有報道稱人們正在向內陸和高處轉移。 錄影顯示，海浪對建築物和海堤等基礎設施造成了嚴重的破壞。
1月15日，下午6點15分 到了太平洋地區的傍晚，火山仍然向著鄰近的湯加島嶼噴灑火山灰。
據報道，黑暗籠罩著努庫阿洛法的天空，地面上被覆蓋在一層厚厚的火山塵埃上。
火山學家Chris Firth博士說，除了會中斷飛機對飛行，火山灰還會影響植物、汙染水源，以及對食物的供應造成影響，進而阻礙之後的恢復工作。
這段來自紐西蘭國家水和大氣研究所的衛星影象影片顯示，噴發的火山灰羽流籠罩著湯加的主要島嶼湯加塔布島。
1月15日，晚上7點 包括紐西蘭、澳大利亞、美國和英國的地震臺都記錄到了火山噴發產生的氣壓激增，並觀察到了兩次衝擊波。
澳大利亞氣象局的資料顯示，衝擊波的速度超過1000公里/小時，幾乎和音速一樣快，進而導致大氣壓力的明顯跳躍。
整個太平洋地區，包括斐濟和萬那杜，以及遠至9000多公里外的阿拉斯加，都聽到了火山爆發產生的音爆聲。
1月15日，晚上8點15分 在隨後的幾個小時裡，整個太平洋地區都發出了海嘯警報，包括紐西蘭、澳大利亞、美國西海岸和日本，8個縣的約23萬人被迫撤離。
專家表示，海嘯是由透過水傳播的衝擊波，或火山海底部的山體滑坡引發的。
據估計，歷史上只有5%的海嘯是由火山引起的，包括1883年的喀拉喀托火山爆發，它在印度洋引起了毀滅性的海嘯。
1月16日 全球許多沿海地區都有大浪和強流的記錄。社交媒體上的圖片顯示，南太平洋幾個島嶼的沿海房屋被毀，而日本的太平洋海岸出現了近1。2米的海浪。
紐西蘭當局證實，一條連線湯加和斐濟的海底電纜已被損壞。
1月17日，下午3點 紐西蘭氣象局報告說，湯加火山噴發產生的火山灰正向西飄向澳大利亞北部，高度在12-20公里之間。
無夏之年？暫不用擔心
1815年，強度7級的坦博拉火山噴發直接改變了當時全球的氣候，而隨後的幾個月也被人稱為「無夏之年」。
1991年皮納圖博火山爆發注入大氣層的二氧化硫約為2000萬噸，讓當年全球平均氣溫下降0。6攝氏度。
很明顯，湯加的爆炸足夠猛烈，足以將其煙羽噴到地球表面以上的平流層。但隨後的記錄表明，沒有釋放足夠的二氧化硫來產生足夠的影響。
Hausfather博士表示：「我們最新的測量結果是，大約40萬噸的二氧化硫最終從這座火山進入平流層。」 根據Nebel教授的說法，這次爆炸可能位於VEI指數的4到5之間，與公元79年摧毀龐貝城的維蘇威火山相當。
既然是海底火山，那麼海水應該是可以把岩漿冷卻下來的，為什麼這次的噴發還會有如此高的爆炸性？
如果岩漿緩慢地上升到海水中，在大約1200℃的溫度下，岩漿和水之間會形成一層薄薄的蒸汽，成為一個絕緣層，使岩漿的外表面得以冷卻。
但是，當岩漿從充滿火山氣體的地下噴出時，這個過程就不起作用了。由於無法形成蒸汽層，熱岩漿便會與冷水直接接觸。
火山研究人員稱之為「燃料-冷卻劑相互作用」，它類似於武器級的化學爆炸。而極其劇烈的爆炸將岩漿撕裂，開啟了一個連鎖反應。
岩漿碎片不停地剝落，並將新的內表面暴露給海水，週而復始，最終全部噴射出火山，造成超音速的爆炸。
似乎是歷史的必然
此前，湯加火山在2014和2015年的噴發將兩個古老的島連線起來，形成一個長約5公里的組合島。
而科學家在在繪製海底地圖時，發現了一個隱藏在海浪下150米的「火山口」，寬約5公里。小的噴發（如2009年和2014/15年）主要發生在破火山口的邊緣，但大的噴發來自火山口本身。
從過去噴發的化學成分來看，科學家認為小的噴發代表著岩漿系統正在緩慢地自我充電，為一個大的事件做準備。
他們在舊島的沉積物中發現了湯加火山口過去兩次巨大噴發的證據。 透過與65公里外湯加塔普島上的火山灰沉積物進行化學比對，然後用放射性碳的日期表明，大型破火山口噴發大約每1000年發生一次，最後一次是在公元1100年。 由此，1月15日的噴發似乎正符合「大噴發」的時間表。
講在最後
2022年湯加火山爆發，字面意義上震動了半個地球的人。從在家DIY樹莓派套裝監測震波的發燒友，到災害科學家；從斷網受災的當地人，到剛找到的當地中國打工人，再到整個太平洋沿岸防備海嘯的居民。
