这个故事节选自约翰·理查德·塞勒的作品《湖泊:它们的诞生、生命和死亡,由Timber Press于2022年6月出版。

在八月的晚上1986年21日,喀麦隆尼奥斯湖爆发。在那个夜晚,这个位于一座休眠火山火山口的湖泊,喷出的不是熔岩,不是火山灰,也不是热泥,而是一团巨大的凉爽的二氧化碳气云,无声地从斜坡上冲下来,几乎杀死了下面的一切。当天晚上,约有四分之一立方英里的二氧化碳从尼奥斯湖释放出来,以接近每小时45英里的速度向山下移动。在附近的村庄,有1746人死亡,大多数是在睡梦中死亡的。在尼奥斯镇,几乎每个人都死了。

与许多火山灾难不同的是,尼奥斯火山事件并没有发生在1000年甚至100年前。就像1986年发生的那样,科学家们在几天内就到达了现场。因此,我们对尼奥斯湖上发生的事情有了详细的描述——既可怕又奇怪。

对于这场灾难中为数不多的幸存者来说,他们醒来后所面对的情况肯定超出了恐惧,进入了可怕的超现实。一些幸存者两天没有醒来,当他们醒来时,他们周围的人都死了——他们的家人死了,邻居也死了。他们跌跌撞撞地走出家门,以为有某种超自然的力量降临在他们身上,整个世界都到了末日,这是可以理解的。所有的生物都死了。他们的鸡死在街上。他们的牲畜死在田里。鸟的尸体到处乱放。甚至昆虫也死了;后来到达的救援人员注意到这里一片寂静,没有赤道非洲常见的昆虫刺耳的声音。直到几天后,昆虫的生命才重新出现,几乎与从邻近地区飞来啄食尸体的秃鹫同时出现。

这张照片拍摄于1986年,在喀麦隆乌姆附近,一群死牛被几英里外尼奥斯湖释放的有毒气体杀死。
这张照片拍摄于1986年,在喀麦隆乌姆附近,一群死牛被几英里外尼奥斯湖释放的有毒气体杀死。蒂埃里·欧尔班/西格玛,盖蒂图片社

一段时间以来,这场灾难的原因尚不清楚。除了尸体,一切正常。阳光灿烂。田野是绿色的。建筑物没有被推倒。没有东西被烧毁。起初,一些人怀疑这是一种致命的流行病,只让少数具有天然免疫力的人活了下来。但流入村庄的外地人和政府官员都没有生病。很快就清楚了,还有其他东西在起作用,而另一种东西就是二氧化碳。

理解尼奥斯湖爆炸的关键在于了解二氧化碳是如何溶解在水中的。所有气体在水中都有一定的溶解度,超过这个限度就不能再加任何气体。对于二氧化碳来说,在大气温度和常压下,每升水含有一升二氧化碳。进一步尝试向水中添加更多气体,例如向水中冒泡气体,将不会产生任何效果。每个气泡中的气体质量在它们上升并最终离开表面的过程中保持不变。

气体在水中的溶解度可以通过增加压力和/或降低温度来增加。而且,高压和低温正是人们在深湖底部所发现的。像许多火山口湖一样,尼奥斯湖相当深。它的底部有682英尺深,长度超过两个足球场。在这个深度,压力很大:比表面大20倍,二氧化碳的溶解度比表面大20倍。在大气压下,每升水可以容纳一升二氧化碳,而在尼奥斯底部,一升水可以容纳令人难以置信的20升二氧化碳。这是相当多的二氧化碳,由于几乎没有光线能穿透近700英尺深的尼奥斯海底,所以这里也很冷,可能会溶解更多的二氧化碳。

在2014年喀麦隆西北省Menchum行政区的卫星图像中,尼奥斯湖(Lake Nyos)浑浊的湖水非常显眼。
在2014年喀麦隆西北省Menchum行政区的卫星图像中,尼奥斯湖(Lake Nyos)浑浊的湖水非常显眼。NASA地球观测站/公共领域

能力含有大量二氧化碳气体并不意味着一个湖保持那么多气体。这些二氧化碳肯定有一个来源,而对大多数湖泊来说,这个来源就是湖面上的空气。因此,对于大多数深湖来说,在深层溶解二氧化碳的潜力很大,但实际溶解的二氧化碳量将相当低,因为没有有效的方法让表面的二氧化碳扩散到湖底。但就尼奥斯湖而言,二氧化碳并非来自地表。虽然长期处于休眠状态,但尼奥斯湖底深处确实存在一些火山活动,导致二氧化碳的形成。气体从岩石的裂缝和裂缝中渗出,最终在湖底起泡,将其精确地引入溶解度最高的地方。

想象一下这些二氧化碳气泡,从尼奥斯湖的河床上升起。在上升过程中,它们遇到了非常寒冷和高压的水——水缺乏二氧化碳。所以,如果你在尼奥斯湖底,能在浑浊的深处看到什么,你可能会观察到从湖底的某个裂缝中冒出的是一团向上上升的气泡,随着上升,气泡越来越小,气体溶解在水中,直到气泡完全消失。想象一下,你在尼奥斯湖的湖底,周围有无数向上上升、逐渐消失的气泡柱,就像咖啡杯上的蒸汽在空中上升时消失一样。看着这些气泡消失的特别有趣之处在于,随着每个气泡的消失,这个湖将越来越接近灾难。

二氧化碳溶解到深而冷的水中的过程可以持续很长一段时间,也许一百年,在这段时间里不会发生什么不幸的事情。但是一点一点地,这个湖会变得不稳定。年复一年,十年复十年,持续的溶解增加了灾难的可能性。让我们再一次想象我们在尼奥斯湖底,这次带着一个瓶子。如果我们在瓶子的底部装满水,密封,把它带到表面,然后打开,水就会剧烈地沸腾,从瓶子里喷出泡沫。这是因为在尼奥斯底部的压力下饱和的水在湖表面的压力低得多的时候会过饱和。湖底水中的二氧化碳希望气化:当突然暴露在湖面较低的压力下时,以气体的形式出现,使水迅速脱气,就像一瓶苏打水打开时可能起泡一样现在,如果不是一个人去到湖底,把湖底的水带到水面,而是有其他东西破坏了尼奥斯湖的稳定,导致它的一些深水向上移动到湖中更温暖、压力更低的层,会怎么样?如果发生这种情况,上涌的水就会以气泡的形式释放出溶解的二氧化碳。这听起来无伤大雅,但实际上将是灾难性的。

没有人确切地知道是什么导致尼奥斯湖底部的水向上移动。一些人假设,小地震的震动是原因,或者可能是由于风速恰到好处的风导致湖水的晃动。另一些人则认为,原因可能是湖底深处的蒸汽爆炸(在火山口湖中并不罕见,甚至在休眠的火山中也是如此),或者可能是某种水下滑坡。不管原因是什么,1986年8月21日晚上,尼奥斯湖深处的一些冷水确实上升了,一旦这种最初的扰动发生,灾难就在几秒钟之内。

1986年,致命气体喷发几周后的尼奥斯湖。
1986年,致命气体喷发几周后的尼奥斯湖。美国地质调查局/公共领域

当冰冷的湖水向上移动时,它的压力下降,当它遇到上面温暖的水时,它的温度上升。这导致一些二氧化碳从溶液中出来并形成气泡。这本身并不会导致一场灾难。然而,上升的气泡将下面的一些液体带到了后面,这些液体在上升的过程中变得过饱和,从而释放出更多的气泡。这些气泡吸引了更多的深水,产生了更多的气泡。这样就形成了一个反馈循环,每个泡沫都会导致其他泡沫的形成,每个泡沫又会产生更多的泡沫。这样的过程有各种各样的名称:自我强化过程、正反馈循环、指数增长等等。这种过程的另一个术语是爆炸。在尼奥斯湖底舒适地停留了数不清的冰冷饱和的水以爆炸性的速度上升到水面,导致大量的二氧化碳从溶液中一下子冒出来。虽然是致命的,但气体释放相对平静。 Those who survived reported little more than a rumbling, the sound of something like a distant explosion or rockslide. Most probably heard nothing at all.

与火山爆发造成的死亡人数相比,在尼奥斯发现的死亡人数似乎很少。但是考虑到没有熔岩和火焰,太阳被火山灰弄黑——事实上,这些死亡只是由于一种看不见的气体,死亡人数是惊人的。据联合国统计,1746人死亡。至少有300人被送进医院,3000人流离失所,3500头牛被杀。在尼奥斯镇,只有四名幸存者。为了了解泄漏气体的数量,一些死者是在距离堰塞湖12英里远的村庄里被发现的;在火山口边缘海拔330英尺的地方发现了死牛。

能活下来已经是个奇迹了。也许是奇怪的风和气流使一些人能够获得足够的氧气来生存。也许还有一些人住在通风条件很差的地方,这样二氧化碳就进不来了。也许幸存者在住所的高处,就像一个人被困在一辆下沉的汽车里,那里有一个气泡,让他们能够活下来,直到二氧化碳消散。

喀麦隆和美国科学家正在对1986年灾难后部署在湖周围的一个二氧化碳探测器进行维护。这些探测器是早期预警系统的一部分,用于在再次发生有毒气体泄漏时向该地区居民发出警报。
喀麦隆和美国科学家正在对1986年灾难后部署在湖周围的一个二氧化碳探测器进行维护。这些探测器是早期预警系统的一部分,用于在再次发生有毒气体泄漏时向该地区居民发出警报。路易斯·格布/柯比斯,盖蒂图片社

尼奥斯湖目前正在积极研究,并实施了脱气策略,旨在防止灾难再次发生。然而,喀麦隆还有其他火山口湖。据估计,仅在喀麦隆的西北省就有44个,二氧化碳可能在那里的深处积聚。1984年,同样在喀麦隆的莫农湖也发生过类似的爆炸,造成37人死亡。目前尚不清楚喀麦隆未来是否会有更多的二氧化碳湖爆炸,或者世界其他地区的火山口湖是否也存在这种情况。

但是,尽管尼奥斯的爆炸很糟糕,但应该指出的是,二氧化碳虽然致命,但不可燃。但对于基伍湖这个熔岩堰塞湖来说,情况就不同了。基伍省位于非洲喀麦隆的另一侧,与卢旺达和刚果民主共和国接壤。像尼奥斯一样,基伍湖的湖底也释放出天然气,但在这种情况下,这种天然气不仅仅是二氧化碳,还有甲烷,基本上是天然气,就像用于炉灶和熔炉的那种。这对居住在基伍周围的人们究竟有什么后果和风险尚不清楚。但人们可能应该注意两个事实:天然气燃烧,基伍湖比尼奥斯湖大一千多倍。由于基伍的面积和湖岸的高人口密度,一些人说,在基伍发生类似尼奥斯的事件将导致人类历史上最大的自然灾害之一。火山似乎在其喷发在历史上回响很久之后仍对人类构成威胁,继续威胁着它们所创造的湖泊凉爽岸边的生命。