1816年6月，美国新英格兰地区下起了不合时节的雪。在欧洲，冰冷的雨整个夏天下个不停，小麦和土豆纷纷烂掉，各地面包价格飞涨，引发了骚乱。那一年，人们并不知道这种怪异天气的缘由。我们今天所知的原因，正是“火山冬天（Volcanic Winter）”。
简单来说，火山冬天是指“富含硫的巨大火山喷发把微小的硫酸液滴散布到平流层、遮挡阳光，从而使地球气温在数年内下降的现象”。让地球降温的不是火山喷出的热量，而是升上高空的气体。
本文将依次介绍火山冬天形成的原理、历史上的代表性案例、科学家找出过去火山冬天的方法，以及这一现象对今天的意义。
火山让地球降温的原理及其痕迹
火山冬天是如何形成的？
火山喷发时，二氧化硫等气体会随火山灰一起冲上天空。然而，让气温下降的主角并不是肉眼可见的火山灰。火山灰很重，通常几周内就会落回地面，影响也只限于火山周边。
(1) 必须升到平流层
喷发必须非常猛烈，让二氧化硫升到离地面10~50km高的平流层。停留在对流层的气体几天内就会被雨水冲刷掉，但在不下雨的平流层里，它可以长时间飘浮。
(2) 气体变成硫酸液滴
升到平流层的二氧化硫在大约一周内与水蒸气反应，变成非常微小的硫酸液滴，也就是硫酸盐气溶胶（Sulfate Aerosol）。这些液滴几周内就会笼罩整个半球。
(3) 把阳光送回太空
像薄膜一样铺开的硫酸液滴会反射和散射入射的阳光，减少到达地表的光线。由于液滴大约在1年内逐渐减少，降温效果通常会持续2~3年。
这里的关键在于，决定降温强度的不是喷发规模，而是“喷出了多少硫”。即使是喷出大量熔岩的火山，如果硫含量少，气温也不会有太大变化。
历史上具有代表性的火山冬天
火山冬天在树木年轮和古老记录中留下了清晰的痕迹。
1815年坦博拉火山与无夏之年
1815年4月，位于今印度尼西亚松巴哇岛的坦博拉火山发生了近代以来已确认的最大规模喷发。次年即1816年，全球平均气温下降了约0.4~0.7℃，这一年后来被称为“无夏之年（Year Without a Summer）”。北半球各地接连出现歉收和粮荒，在欧洲，饥荒之后又暴发了斑疹伤寒。
这个阴郁的夏天也在文学上留下了印记。住在瑞士日内瓦湖畔别墅里的玛丽·雪莱（Mary Shelley）和拜伦（Lord Byron）一行，因为连绵不断的雨被困在屋里，便比赛编写恐怖故事，当时构思的故事后来成为了小说《弗兰肯斯坦》。
1991年皮纳图博火山
菲律宾的皮纳图博火山于1991年6月喷发，把约1,500万吨二氧化硫送入平流层。此后1~2年间，全球平均气温下降了约0.5℃。这是一次借助人造卫星和观测设备从头到尾全程观察的火山冬天，因此成为科学家检验气候如何响应的宝贵实验。喷发后的一段时间里，世界各地还观测到了格外红艳浓烈的晚霞。
科学家如何找出过去的火山冬天？
没有观测记录的遥远过去的火山冬天，要追溯大自然留下的记录才能找出来。
(1) 冰中的硫酸
格陵兰和南极的冰川是每年堆积的雪一层层形成的。钻取冰芯、逐层测量硫酸浓度，就会在发生大规模火山喷发的年份发现硫酸骤增的冰层。
(2) 树木年轮
经历过寒冷夏天的树木，年轮会格外窄，或者出现生长期遭受霜冻留下的霜轮。把这些每年留下的痕迹与冰芯记录相对照，就能知道地球是在什么时候变冷的。
(3) 古人的记录
太阳昏暗的记载、格外红艳的晚霞、月全食时月亮几乎看不见的记录，也都是线索。综合这些证据，人们发现536年前后以及1257年萨马拉斯火山喷发之后，也曾出现过严重的火山冬天。
火山冬天对今天的我们有何意义
火山冬天并不只是遥远过去的故事。因为一旦大型火山再次喷发，全世界的农业和粮食供应可能会动荡数年。1816年的粮荒之所以严重，与其说是因为气温本身，不如说是因为社会在应对歉收方面的薄弱。当时没有铁路，难以从远方运进粮食，拿破仑战争的创伤也尚未愈合。因此，牢记大规模火山喷发可能使粮食产量减少数年，并提前检查粮食储备和进口渠道，是十分重要的。
同时，火山冬天也是气候科学的重要资料。皮纳图博喷发后的气温变化，被用作检验气候模型模拟真实地球效果的标尺。一些科学家正在研究向平流层人工喷洒颗粒以减缓全球变暖的方案，这一构想也源自火山冬天。不过，由于存在降水变化、以及一旦突然停止便会急剧变暖等重大风险，争论仍在持续。
火山冬天告诉我们，一座山的喷发可以改变地球另一端的餐桌。了解了散布在高空中的微小硫酸液滴遮挡阳光的原理，也就能看清地球的气候是多么紧密地联系在一起。
读懂大自然留下的痕迹，提前为下一次变化做好准备，这就是与浩瀚自然共处之智慧的第一步。
