费杰：冰岛火山喷发后，后晋灭亡了，这两者之间可能存在非常有意思的因果关系
【文/费杰】
各位朋友，大家下午好。我是来自复旦大学中国历史地理研究所的费杰。
在过去近20年的时间里面，我主要从事的是关于历史时期火山喷发的气候效应这方面的研究。其实这方面的从业者非常少，全世界可能也就几十个人，所以非常有幸福感。
为什么要从事这方面的研究呢？我们知道，现在的火山喷发都有监测记录。历史时期的火山喷发，可能在规模或者类型等各方面，都超过了现在的火山喷发，所以对它的研究非常有助于加深我们对火山的认识，对气候的认识。
但是这些火山又没有检测，不会说话，所以我就希望通过研究，来让这些不会说话的历史时期的火山，能够说起话来。
有的朋友可能觉得火山喷发离我们很遥远，但其实一点都不遥远。就在几年前（2010年），冰岛的一次非常小规模的火山喷发，造成了冰岛严重的空气污染，这一地区所有的航空运输全部中断了。不知道当时有没有哪位朋友滞留在机场，如果有的话应该印象会很深刻。
冰岛的这个火山是裂隙式的火山，它是发育在大洋中脊这些地方，但其实更多的是这种锥状的火山。
左：裂隙式火山。右：锥状火山
我们看一下，左边的是冰岛的Laki火山，它是一种典型的裂隙式火山。右边的是非常著名的日本富士山，它是一座活火山，是锥状火山。
左：裂隙式的冰岛Laki火山。右：锥状火山日本富士山
那什么是活火山？活火山一般讲就是在全新世，在过去一万年有过喷发的火山。还有一些火山可能史前时期曾经喷发过，但是到了全新世它就不喷发了，这样的火山就称为死火山。但是有些火山乍一看，它已经是一个死火山，但是有时候因为岩浆突然又活跃起来，它睡着睡着又突然就醒了，这种火山我们就称它为休眠火山。
刚刚介绍的其实都是活火山。我们看一下，这几个是死火山。这是南京江宁的方山，它最后喷发于大概10到11个百万年以前。
我们附近的死火山：南京江宁方山
合肥的大蜀山最后喷发于大概36个百万年以前。这两个火山离我们都很近，朋友们有机会也可以去看一下，现在都被建成了地质公园。
我们附近的死火山：合肥大蜀山
还有一种类型，比方讲像苏州的虎丘。
苏州虎丘已经被逐出了火山界
苏州的虎丘其实也是一座火山，但是它是在恐龙的那个年代，就是在中生代喷发。因为它喷发得太早了，虽然它的熔岩流，就是这些玄武岩还在，但是我们一般已经不把它称为火山，因为它上一次喷发距今已经上亿年了。我们已经把它逐出了火山界。
火山有大有小。一般可能大家觉得它就是一个山包，但其实有些非常大的火山，它可以形成一个高原。像印度主体——德干高原，其实就是在中生代末期，由大规模的火山喷发，熔岩流堆积而形成的一个高原。所以火山喷发可以造就一个高原。
印度德干高原
小的火山，大家看一下，这是意大利的一座火山布斯卡火山。
上面这些火山都是喷岩浆的，其实还有一些比较特殊的，像这个。
这个火山是不喷岩浆的，因为它温度比较低，只能喷泥浆，所以就称它为泥火山。江苏的溧阳就有这种泥火山，大家有机会可以去看看。
如果说一个火山，它连泥浆都喷不出来，只能喷一些热的水，那这种情况下我们也就不再叫它火山，而称它为温泉。
那我们来看一下，现在地球上的活火山都分布在什么地方。
这张图中，这些红点不是火山，而是地震的震中。这些地震的震中，其实正好勾勒出了我们地球上板块的边界。
黑色的三角形代表火山，我们可以看到，其实大多数的火山都分布在板块的边界，其中最多的是在这种消亡型的板块边界，也就是地壳消失的地方、板块碰撞的地方，这里一般都会形成锥状的火山。还有一小部分发育在大洋的中脊上面，一般会形成裂隙式的火山，后面这种火山比较少见。
我们下面来看一看，火山到底会对人类造成哪些危害。公元79年，意大利的维苏威火山喷发，其实这是一次小规模的喷发，但是它的熔岩流掩埋了附近的庞贝城。这是当时的一些遇难者。
如果是一个比较大规模的火山，像1991年菲律宾的皮纳图博火山的喷发，它的喷发柱超过30公里，已经深入到了平流层，比飞机巡航的高度还要高很多。这个喷发就造成了显著的气候效应，在1992年，也就是它喷发的次年，全球平均气温降低了0.5度。
1991年菲律宾的皮纳图博火山喷发
可能大家觉得0.5度不算什么，但其实这个降温并不是平均的，而是表现为很多低温灾害。比如中国的东北在这一年夏天就经历了严重的低温冷害。这次降温还有一个效果，就是它一度中止了我们这些年来全球变暖的趋势。
如果放眼到更久远的地质时期，像印度德干高原的火山喷发，它大概发生在距今6500万年前，也就是中生代和新生代交界的时候。
这次火山爆发背后的原因，可能是这个时间点上的一个陨击事件，也就是小行星撞到了墨西哥的尤卡坦半岛，激发了全球范围内的火山喷发，其中就包括德干高原的火山喷发，然后造成了全球范围的生物大灭绝，绝大多数的恐龙都在那个时候灭绝了。当然这只是科学家的一种推测。
我们看一下火山喷发对大气的影响到底是怎么样的。这是小规模的喷发，它的喷发柱只停留在对流层，所以喷出的火山灰很快就被降水冲刷到地面，所以不会有明显的气候效应。
小规模喷发
大家可能以为火山喷发之后，因为有火，所以气温会升高，但其实火山喷发最主要的气候效应是造成地面的降温。
如果是大规模的喷发，它的喷发柱会进入到平流层，就是超过了飞机巡航的高度。它在平流层停留，然后太阳辐射就会被火山灰和它的一些衍生物给散射或者反射掉，到达地面的太阳光就变少了，地面就变冷了。
强烈的喷发
我们来看一下，这是过去600年火山喷发造成的全球性的降温。这个图的纵坐标是温度的变化，横坐标是年份，上面的温度是用北半球高纬度地区的树木年轮来指示的。
火山喷发的气候效应——全球性降温
这个地区的树木年轮，主要是受控于夏季的温度。当夏季温度比较高，天气比较暖和的时候，树轮就长得宽；如果比较冷，树轮长得就窄。所以通过测量树轮的宽度，就可以重现过去的夏季温度的变化。
我们可以看到，在这张图上面最冷的一个夏天——1601年的夏天，其实是对应的秘鲁的怀纳普蒂纳的喷发。另外一个标红的就是所谓的“无夏之年”，对应的是1815年的坦博拉火山喷发。
其实在这张图上面，绝大多数的凉夏，就是特别寒冷的夏天，都对应了火山喷发。所以其实大家可以看到，火山喷发是气候变化的一个非常重要的原因。特别是在历史时期，人类活动的影响很小的时候，火山喷发和太阳活动就是气候变化的两个最重要的原因。
我们下面来看几个例子。这是公元934年冰岛的埃尔加火山喷发。这个火山喷发的规模很大，喷出地表的二氧化硫等气体的量非常大，喷发持续的时间也很长，有三到八年。
约934AD，冰岛埃尔加（Eldgjá）火山喷发持续3到8年，共喷出地表232Mt二氧化硫
这次火山喷发虽然规模很大，但是因为距今年代很久远，而那个时候在欧洲又是“黑暗时期”，所以资料很少。但是经过一些学者的努力，最近发现，它带来的降温集中在939年前后。
Chenet et al., 2005; Self et al., 2004; Oppenheimer et al., 2018
这次火山喷发的时候，中国正处在五代十国时期，中原地区是后晋王朝，北方是契丹，是辽国。
我去寻找了相关的历史文献资料，就发现《辽史》记载，在939年的盛夏，7月份，内蒙古的东南部下雪了。939年的冬天，在开封那一带，也就是后晋的首都附近，“大雪害民，五旬未止”。
到下一年，940年的冬季，11月份，在南京、扬州一带的运河已经封冻，漕运都中断了。941年初，在山东的莱州湾，海冰非常严重，从海岸一直延伸到海里面一百多华里。所以我们可以发现，在939年到940年，中国经历了非常严重的降温。
除了降温以外，我通过搜集整理历史文献还发现：在942年到943年，中国还出现了非常严重的旱灾、蝗灾，后来又造成了饥荒。
当然，火山喷发造成降温的机制是比较清楚的，但它和降水的关系要相对复杂一些。但确实过去很多研究表明，中国历史上大多数大规模的火山喷发以后，都出现了旱灾。
经历了上面的这些自然灾害以后，后晋的国运就受到很严重的打击。据《五代史》说“晋祚自兹衰矣”，就是后晋从此就衰落了。后晋灭亡于947年，离这个饥荒只有三年。
通常历史学家会告诉我们，是契丹的入侵造成了后晋的灭亡，当然这其中有很多军事的、外交的、政治的原因。但实际上通过梳理这一次冰岛的火山喷发，以及其后的气候效应，我们可以发现，其中可能存在一个非常有意思的因果关系的链条。
首先是冰岛火山喷发，喷发以后出现降温，出现旱灾、蝗灾、饥荒，然后就导致后晋衰落，契丹趁机入侵了后晋，三年以后，后晋就灭亡了。
所以火山喷发的研究，也是给一些历史事件的解释提供了一个新的视角，当然只是一个新的视角，还没有形成定论。
这是明代著名文学家袁宏道的《袁中郎全集》里收录的一些诗篇，是关于1602年，在湖北荆州公安一带异常多雪的一些诗篇。朋友们可能经常会看一些古代的文学作品，但可能不会想到，袁宏道为什么会写这么多咏叹降雪的诗篇。
其实和这些诗歌的创作时间差不多的时间——1601年的夏天，我们的黄河中下游地区经历了严重的霜灾，有些地方还下了雪，长江下游也有降雪。其实背后的原因也是火山喷发。
1600年，秘鲁的怀纳普蒂纳火山喷发（1600年2月19日——1600年3月5/6日）。这一次火山喷发是南美洲历史时期最大规模的火山喷发。秘鲁当时人口是非常稀少的，但这次喷发还是造成了大约1500人遇难，秘鲁南部地区的社会、经济在整个17世纪都没有能够恢复过来。所以它的影响是非常深刻的。
1600年，秘鲁的怀纳普蒂纳火山喷发
所以火山喷发，其实是袁宏道为什么会写出这么多咏雪诗篇的原因。我也为文学家们找到了一个问题的答案。
火山喷发除了降温、旱灾之外，还有些什么气候效应呢？其实还有一个很奇特的现象，就是曙暮光。
火山喷发以后，空气被污染了，空气里面全是火山灰。特别是在日出日落的时候，太阳光比较弱；太阳光照过大气层的时候就只剩下红光，所以天空会变得非常红，就形成了非常绚丽的曙暮光。
这是爱德华·蒙克非常有名的画作《呐喊》。
爱德华·蒙克的《呐喊》
有的朋友可能觉得这幅画的背景是作者自己想象出来的，但其实不是。我们可以对比一下这张图。这是当时一个写实的画，画的是1883年伦敦的曙暮光，其背后的成因是1883年印尼的Krakatoa火山喷发。
Symonsed.,1888
除此之外，火山喷发还会造成另外一种环境效应，就是空气污染，火山霾。举一个例子，1783年冰岛的Laki火山喷发以后，在欧洲，包括北美洲在内的北半球很多地区都出现了火山霾。
左图：欧洲各地的火山霾。右图：北半球其他地区的火山霾
因为火山灰里面有很多刺激性的成分，很多是有毒有害的，所以出现了这种火山霾以后，欧洲很多地区的死亡率突然升高了。其实就是这个火山霾造成了很多人的死亡。
Laki火山喷发前后，英格兰死亡率变化。
上面的这些火山喷发都有历史文献的资料作为依据。但是世界那么大，火山那么多，喷发也很多，其实绝大多数的火山喷发都没有留下历史文献的资料。那这些火山喷发，我们是怎么知道它们的存在呢？有一个比较好的办法就是到两极地区，到有冰川的地方去打冰钻，就是采冰芯。
火山喷发以后，火山灰进到大气层里面，它的酸性气体会变成酸性的液滴，就是变成酸，随着降水降落到地面，降落到两极地区的这些冰层上面。这样以后，那一年冰层的酸度就特别高。通过逐年地测量冰层的酸度，我们就可以得到过去火山喷发的一个序列。
这是最早的根据冰芯来建立的火山喷发的一个序列，大概是从公元500多年一直到公元一九七几年。
钻取于1970年代的格陵兰Crête冰芯记录，记录了过去1500年火山喷发事件。
从右边开始，这个红色的是冰岛的埃尔加喷发，就刚刚介绍过的；左边最下面的是秘鲁的怀纳普蒂纳火山喷发；往上是冰岛的Laki喷发；再往上就是“无夏之年”，1815年的坦博拉火山喷发。
说了这么多火山的灾害，火山它到底有没有什么好处呢？其实也是有的。
这个水蜜桃是无锡阳山的水蜜桃，是无锡的特产。因为我老家是无锡的，无锡的阳山其实是一座中生代的火山，很多火山附近地区的土壤特别肥沃，所以像无锡的阳山，它这个地方就特别适合种植水蜜桃，所以水蜜桃就变成了无锡的一个特产。
好，那我们现在就来说一说中国的火山。中国其实火山不是很多，这几个是比较著名的火山，在现代喷发得很少。
像新疆的阿什库勒火山，它是在无人区，喷发也没有人知道。
新疆的阿什库勒火山，曾于1951年5月27日喷发
腾冲的来凤山火山是在全新世，就是在过去一万年曾经喷发过。
云南腾冲来凤山火山，过去一万年曾喷发
最有名的是吉林长白山天池火山。在历史时期，中国境内最大规模的火山喷发，就是这个长白山天池火山的所谓“千年大喷发”，是在距今一千年左右的一次大喷发。
吉林长白山天池火山，1000年多次喷发
左边的图是长白山天池火山的一个示意图。右边的图是在火山喷发以后，它就形成了一个破火山口，很深，后来就积水，变成了一个火山口湖，这就是长白山天池，在朝鲜被称为白头山天池，是在长白山的主峰。
图片来源：马晗瑞，2016
长白山很神秘。在东北地区，包括朝鲜族在内的很多民族都把它称为“圣山”。长白山主峰天池火山的喷发也非常神秘，它的“千年大喷发”规模很大，但是关于它喷发的年代，我们却一直测不准。
虽然天池火山每次喷发以后，都会造成那个地方的森林大火，会烧毁一些森林，然后留下一些炭化木。这些炭化木可以用来做碳14的年龄的测定，但是因为这个火山每隔几十年、上百年就会喷发一次，所以就很难搞清楚那些炭化木到底是不是“千年大喷发”形成的。
长白山天池火山千年大喷发的炭化木或炭屑
于是测出来的喷发年代的结果就五花八门，从公元700多年一直到1200年都有。我最近参加了一个新的年代测定的项目，测量结果是在公元946年前后喷发。这个结果和历史文献有一些印证，可能是一个比较接近真实的结果。
因为这个长白山天池火山的喷发年代一直扑朔迷离，所以对它的很多研究就很难开展，包括它对气候环境等等方面的影响，都还有很多的未解之谜。
其实不光是长白山天池火山，整个历史时期的火山都还有非常非常多的未解之谜。我觉得对我来讲，火山研究的魅力可能就在于不断地探索。
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