当南太平洋汤加王国的一座火山在2021年12月底开始喷发然后在2022年1月中旬猛烈爆炸时，NASA的科学家Jim Garvin和同事们处于异常有利的位置来研究这些事件。自从2015年这个新的陆地上升到水面以上并加入两个现有的岛屿以来，Garvin和一个国际研究小组一直在监测那里的变化。
该团队利用卫星观测和基于地表的地球物理测量的组合跟踪了地球上这块快速变化的土地的演变。
上面和下面的数字高度图显示了Hunga Tonga-Hunga Ha'apai的巨大变化，这是一座大型水下火山的最上部。它从海底升起1.8公里，横跨20公里，顶部是一个直径5公里的海底火山口。该岛是Hunga Caldera边缘的一部分。
现在，所有的新土地都消失了，只剩下两座旧岛的大块土地。
NASA戈达德太空飞行中心的首席科学家Garvin说道：“这是一个初步估计，但我们认为喷发所释放的能量相当于4至18兆吨TNT炸药的量。这个数字是基于有多少被移除、岩石的抵抗力如何以及喷发云在一系列的速度下被吹入大气层的高度。”爆炸释放的机械能量相当于广岛核爆炸的数百倍。作为比较，科学家们估计圣海伦火山在1980年爆炸的能量为24兆吨，喀拉喀托火山在1883年爆发的能量为200兆吨。
Garvin及其NASA同事Dan Slayback跟几位研究人员合作绘制了水线上下的Hunga Tonga-Hunga Ha'apai的详细地图。他们使用了加拿大航天局RADARSAT星座任务的高分辨率雷达、商业卫星公司Maxar的光学观测以及NASA ICESat-2任务的测高数据。除此之外，他们还使用了由施密特海洋研究所跟NASA和哥伦比亚大学合作收集的基于声纳的测深数据。
在过去的六年时间里，来自NASA、哥伦比亚大学、汤加地质局和海洋教育协会的研究人员一起工作以确定年轻的地形是如何由于持续的海浪和偶尔的热带气旋的冲击而被侵蚀。他们还注意到野生动物--各种类型的灌木、草、昆虫和鸟类--是如何从Hunga Tonga和Hunga Ha'apai的郁郁葱葱的生态系统中迁移出来并在较新的土地上出现的更贫瘠的景观。
事情在一月份发生了巨大的变化。在2022年的头几个星期，火山活动似乎非常典型，由于岩浆和海水在岛屿中部附近的一个喷口相互作用，出现了间歇性的小型爆炸并产生了头骨、火山灰、蒸汽和其他火山气体。正在进行的Surtseyan喷发则正在重塑景观，另外还在通过向不断增长的火山锥添加新火山灰和凝灰岩沉积物来扩大该岛。
“等到1月初，我们的数据显示，与12月的活动开始之前相比，该岛已经扩大了约60%。整个岛屿已经被十分之一立方公里的新火山灰完全覆盖。所有这些都是非常正常的、预期的行为，对我们的团队来说是非常令人兴奋的，”Garvin说道。
但在1月13-14日，一组异常强大的爆炸将火山灰涌入平流层。然后，1月15日的爆炸将物质发射到高达40公里（25英里）的高度--可能高达50公里，这使得附近的岛屿被火山灰覆盖并引发破坏性的海啸波。国际空间站上的一名宇航员拍摄了这张南太平洋上空灰烬的照片。
大多数Surtseyan式的喷发涉及到相对少量的水跟岩浆的接触。“如果只是有一点水淌进岩浆就像水碰到了热油锅。你会得到一个闪光的蒸汽，水会迅速燃烧掉，”Garvin解释道，“15日发生的情况确实不同。我们不知道为什么--因为我们在Hunga Tonga-Hunga Ha'apai上没有任何地震仪--但一定有什么东西削弱了地基中的坚硬岩石并导致破火山口北缘部分坍塌。把这想象成锅底掉出来，让大量的水冲进温度非常高的地下岩浆室。”
温度或岩浆通常超过1000摄氏度，海水则接近20摄氏度。两者的混合可以产生令人难以置信的爆炸性，尤其是在岩浆室的密闭空间。“这不是你的标准Surtseyan式喷发，因为必须涉及大量的水。事实上，我的一些火山学同事认为这种类型的事件应该有自己的名称。现在，我们非正式地称它为‘超Surtseyan’喷发。”
对于像Garvin这样的地质学家来说，观察像这样的Surtseyan岛的诞生和演变是令人着迷的，部分原因是没有许多其他的现代例子。除了Surtsey--它于1963年至1967年在冰岛附近形成，半个多世纪后仍然存在--大多数新Surtseyan岛在几个月或几年内就会被侵蚀掉了。
Garvin对这些岛屿感兴趣的地方是它们可能给我们带来的关于火星的信息。“刚刚形成并迅速演变的小火山岛是火星上地表水作用的窗口以及它们可能如何影响类似的小火山地貌。我们实际上在火星上的几个区域看到了长相相似的地貌场，”Garvin说道。