[編輯本段]火山的名字源於古羅馬時期。當人們看到火山[1]噴發時,他們把這座山的燃燒歸因於神武·卡爾的憤怒,於是位於意大利南部地中海裏帕裏群島的瓦肯諾火山就以此命名,它也成為了volcano壹詞的英文名——Volcano。【編輯此段】火山概述熾熱的地心之窗是地球上最具爆發力的力量:火山火山。
地球上已知的“死火山”約有2000座;已發現的“活火山”有523座,其中陸地上有455座,水下有68座。火山在地球上分布不均,都出現在地殼中的斷裂帶上。就世界範圍來說,火山主要集中在環太平洋地區和印度尼西亞向北通過緬甸、喜馬拉雅山、中亞和西亞到地中海的通道。如今,地球上99%的活火山都分布在這兩條帶上。
火山有著悠久的歷史。有些火山在人類歷史之前已經爆發過,但現在已經不活躍了。這樣的火山被稱為“死火山”;但有些“死火山”會隨著地殼的變化而突然噴發,稱為“休眠火山”;人類歷史上不時噴發的火山稱為“活火山”。
火山活動可以噴出多種物質,噴出的固體物質中,壹般有被爆破粉碎的巖石、碎屑和火山灰。噴出的液態物質中,壹般有熔巖流、水、各種水溶液以及混有水、碎屑和火山灰的泥流。在噴出的氣體物質中,通常有水蒸氣和碳、氫、氮、氟和硫的氧化物。此外,在火山活動中,經常噴出可見或不可見的光、電、磁、聲和放射性物質,這些物質有時能致人死亡,或使電力和儀器失靈,造成飛機和船只失事。
火山噴發的強度與熔巖的性質有關,噴發時間有長有短,短則幾個小時,長則幾千年。根據火山活動,火山可分為三類:活火山、死火山和休眠火山。其中休眠火山是指人類歷史記載中的噴發,但此後未見其活動。世界上大約有500座活火山。
火山爆發會在短時間內對人類、生命和財產造成巨大損失。這是壹種災難性的自然現象。但火山爆發後,可以提供豐富的土地、熱能和多種礦產資源,以及旅遊資源。
很多書都詳細描述了火山爆發的情況。如《黑龍江省傳》中,描述了黑龍江省五大連池火山群中兩座火山的噴發。“在木爾根(今嫩江)東南,有壹天地下起火,石頭飛升,聲震四野。火熄滅的日子越多,土地變成了池塘。這是康熙五十八年。”
火山形成
火山是由什麽組成的?在地表以下,地表越深,溫度越高。在距離地面約32公裏的深度,溫度高到足以融化大多數巖石。
巖石融化時會膨脹,需要更多的空間。在世界的壹些地方,山脈正在上升。這些上升的山脈下的壓力正在減少,這些山脈下可能會形成壹池熔巖(也稱為“巖漿”)。
這種物質沿著隆起造成的裂縫上升。當熔巖穹丘中的壓力大於其上方巖石頂部的壓力時,就會向外形成火山。
噴發時,突然冒出熱的氣體、液體或固體物質。這些物質堆積在開口周圍,形成壹座圓錐形的小山。“火山口”是火山錐頂部的凹陷,其開口通向地表。這座錐形的山是火山形成的產物。火山噴出的物質主要是氣體,但也噴出大量的火山巖和渣、灰等固體物質。
其實火山巖就是火山噴發出來的巖漿。當巖漿上升到接近地表的高度時,其溫度和壓力開始下降,發生了物理和化學變化,巖漿就變成了火山巖。
火山形成
火山的形成涉及壹系列的物理和化學過程。在壹定的溫度和壓力下,地殼和上地幔中的巖石部分熔融並與母巖分離,熔融體通過孔隙或裂隙向上移動,在某些部位逐漸富集,形成巖漿囊。隨著巖漿的不斷供給,巖漿囊內巖漿的過剩壓力逐漸增大。當地殼蓋層的強度不足以阻止巖漿向上運動時,巖漿通過薄弱帶上升到地表。在上升過程中,溶於巖漿中的揮發物逐漸溶出,形成氣泡。當氣泡體積分數超過75%時,截留在液體中的氣泡會迅速釋放出來,導致爆發式噴發。氣體釋放後,巖漿的粘度降到很低,流動變得湍急。如果巖漿的粘數低或者揮發物質少,那就只有靜靜的溢出。從部分熔融到噴發的壹系列物理化學變化的差異,形成了各種火山活動。[編輯本段]火山資源雖然火山經常給人類帶來巨大的災難,但也不是壹無是處。火山資源的利用也能給我們帶來生活上的樂趣和便利。總的來說,火山資源主要體現在其旅遊價值、地熱利用和火山物質上。火山和地熱是孿生兄弟。哪裏有火山,哪裏就有地熱資源。地熱能是壹種廉價、無汙染的新能源,因此得到了廣泛的應用。現在,從醫療、旅遊、農業大棚、水產養殖到民用供暖、工業加工、發電,都可以看到地熱能的應用。人們在卡梅特火山地區計算過地熱能,那裏有成千上萬個天然的蒸汽和熱水噴口,平均每秒鐘有2萬立方米的熱水和蒸汽,壹年可以從地球內部帶出40萬億卡路裏的熱量,相當於6億噸煤。冰島位於火山活動頻繁的地帶,可開采的地熱能有450億千瓦時,年發電量可達72億千瓦時。那裏的人們很好地利用了這壹資源,雖然目前只開發了7%,但它給當地人民帶來了許多好處。其中,雷克雅未克周邊的三個地熱發電站為15萬冰島人提供熱水和電力,冰島85%的居民用地熱能取暖。地熱資源幹凈衛生,大大減少了石油等能源的進口。自1975年以來,冰島的空氣質量有了很大改善。冰島人還善於提高地熱資源的利用效率,包括在溫室裏種植蔬菜和花卉,建立全天候室外遊泳池,在人行道和停車場下鋪設熱水管,以加快冬季積雪的融化。目前,世界上有十幾個國家在利用地熱能發電。中國西藏楊嬌建立了中國最大的地熱試驗基地,並取得了良好的效果。
火山活動也能形成各種礦物,最常見的是硫礦石的形成。天然銅和方解石往往是由陸地上噴發的玄武巖結晶而成,海底火山噴發的玄武巖往往能形成巨大的鐵銅礦。另外,我們熟悉的鉆石,其形成也與火山有關。玄武巖是分布最廣的火山巖,也是很好的建築材料。融化的玄武巖被稱為“鑄石”,可以制成各種板材和器皿。鑄石最大的特點是堅硬、耐磨、耐酸、耐堿、不導電和保溫材料。[編輯本段]火山間歇泉是火山噴發後期的自然現象。地下的高溫將地下水加熱到壹定壓力後,水和蒸汽就會從噴嘴中沖出,壓力降低後就停止噴射,進入下壹道工序。美國黃石國家公園的間歇泉非常著名,其中壹些可以噴射到100多米高,其暴風雨般的咆哮令人嘆為觀止。如老忠實泉,其水柱可達180米左右,沸水冒出的蒸汽像白雲壹樣掛在藍天上。它每小時噴壹次,持續5分鐘,非常準時,所以得了這樣壹個名字。
有些隕石坑底部有巖漿湖,就像壹鍋沸騰的粥。夏威夷島上的基拉韋厄火山口直徑超過4000米,深130米。在這個“大鍋”的底部,有壹個深十幾米的巖漿湖,湖面上有時會出現高達數米的巖漿噴泉。
中國黑龍江省有壹個“地下森林”,由七個死火山口演化而來。因為火山爆發已經風化形成肥沃的土壤,壹些植物已經在這個坑裏定居。這種地下森林很少見。
有些環形山堪稱大自然的傑作。比如被譽為“世界第八大奇跡”的恩戈羅恩戈羅火山,深達600多米,上面直徑18公裏,面積254平方公裏,底部面積260平方公裏,就像壹口直上直下的巨井。在這個“井”裏,有許多動物,如獅子、長頸鹿、水牛和斑馬,就像壹個熱鬧的動物園。
世界上最大的火山口是日本九州島上的高木泰士火山。這個隕石坑東西17公裏,南北25公裏,周長100多公裏。從它的規模可以想象當時爆發的巨大力量。[編輯本段]火山類型
(A)根據火山活動的分類
1,活火山
指現代仍在活動或周期性噴發的火山。這種火山正處於活躍的高峰期。例如,本世紀以來,昭圖島上的默拉皮火山平均每兩三年爆發壹次。中國近期的火山活動以臺灣省島內大屯火山群的主峰七星山最為著名。在大陸,僅在6年前,新疆昆侖山西段於田的卡爾達西火山群就有火山噴發的記錄。火山爆發形成了壹個平頂火山錐。這種火山已經失去了活動能力。有些火山還保持著完整的火山形態,有些則已經風化侵蝕,只剩下不完整的火山遺跡。在方圓約50平方公裏的範圍內,有兩個孤立的火山錐,其中狼窩山火山錐高度近120米。
2.死火山
指史前時期爆發過,但歷史上從未活躍過的火山。這種火山已經失去了活動能力。有些火山還保持著完整的火山形態,有些則已經風化侵蝕,只剩下不完整的火山遺跡。在方圓約123平方公裏的範圍內,有99個孤立的火山錐,其中狼窩山火山錐高度近1900米。
3.休眠火山
指歷史上爆發過,但長期相對靜止的火山。這種火山保存了完整的火山雄體,仍然具有火山活動能力,或者說不能斷定已經喪失了火山活動能力。比如中國白頭山天池在1327和1658年兩次噴發,在此之前也有多次活動。雖然目前沒有噴發活動,但山坡上壹些深不可測的噴孔不斷噴出高溫氣體,說明火山目前處於休眠狀態。
需要註意的是,這三種類型的火山並沒有嚴格的界限。休眠火山可以復活,死火山也可以“復活”,彼此不是壹成不變的。過去,維蘇威火山壹直被認為是死火山。在火山腳下,在火山的山坡上建造了許多城鎮,開辟了葡萄園。然而,公元79年,維蘇威火山突然爆發,《攻與奪》中的高溫火山噴發造就了龐貝和赫拉古諾姆兩座毫無防備的古城。城市和居民都被摧毀和殺害。
(2)火山爆發的類型
火山噴發類型根據巖漿的通道可分為裂隙噴發和中央噴發。
裂解噴發也叫冰島火山噴發。巖漿沿著地殼中的斷層帶溢出地表。噴發溫和安靜,噴出的巖漿為基性玄武巖漿,粘度低,碎屑和氣體少。基性熔巖溢出後,形成壹個又寬又薄的熔巖毯或玄武巖高原。熔巖錐沿著斷層帶呈線性排列。
中央噴發的巖漿沿著火山喉噴出地面。根據噴出物的強度和活動性,可分為以下幾類,其名稱以具有代表性的火山名稱或地名、人名命名。
①夏威夷巖漿為基本溶解巖,含少量氣體和火山灰。熔巖從火山口溢出,火山的圓錐體呈盾狀,頂部碗狀火山口有壹個滾燙的熔巖湖,湖面上有壹個熔巖“噴泉”。
②斯特龍博裏型巖漿相對粘稠,中基性,富含氣體,中等強度爆發。噴出物主要是火山彈、火山渣和老碎片,還有熔巖流。火山錐是碎屑錐或層狀錐。
(3) Hourquin型的劇烈噴發。粘性或固體角狀大塊熔巖隨大量火山灰被拋出,形成“煙柱”。很少或沒有熔巖流。形成碎屑錐體或分層錐體。
④裴蕾型巖漿厚,中酸性,多氣,爆炸性,火山灰流快。火山錐是壹個坡度很陡的碎屑錐,錐頂是壹個巖石圓頂。風化剝蝕後,火山頸突出地面。
⑤普裏尼型粘稠巖漿在火山通道中形成“塞子”。壹旦熔巖突破“塞子”,爆炸特別強烈,產生高聳的發光火山雲和火山灰流。錐頂被劇烈爆炸損壞的彈坑。
⑥超Hourquin諾型通常沒有巖漿噴出,噴出物主要是巖屑、火山灰和氣體,數量較少,火山口較低。
⑦蒸汽噴射地下水被巖漿氣化,氣體連續或周期性噴出。[編輯本段]火山的影響
最強大、最壯觀的火山爆發往往發生在俯沖帶。這裏的火山在沈寂了幾百年後可能會再次爆發,而且壹旦爆發,威力特別兇猛。這種火山爆發經常給人類帶來災難。
1,影響全球氣候
火山爆發時,大量的火山灰和氣體會對氣候產生很大的影響。因為在這種情況下,黑暗的日子、暴風雨甚至泥雨會困擾當地居民幾個月。火山灰和氣體被噴到高空,它們會隨風擴散到很遠的地方。這些火山物質會阻擋陽光,導致氣溫下降。此外,它們還會過濾掉壹些波長的光,使太陽和月亮看起來像是被壹層光環覆蓋著,或者有著奇怪的顏色,特別是在日出和日落時,可以形成壹種奇怪的自然景觀。
2.破壞環境
火山噴發噴出的大量火山灰與暴雨結合形成泥石流,可以摧毀道路和橋梁,淹沒附近的村莊和城市,使無數人無家可歸。土壤和巖石碎片形成的泥漿可以淹沒整個城市。
雖然巖石被火山灰雲覆蓋,但在火山剛剛爆發時,仍然可以看到噴向空中的巨大巖石。
3.恢復活力
火山爆發對自然景觀有著深遠的影響。土地是世界上最寶貴的資源,因為它可以孕育各種植物來支持壹切。如果火山爆發能讓不到20厘米厚的火山灰覆蓋農田,那真是農民的福氣,因為這些火山灰富含營養,能讓土地更加肥沃。
熔巖解體後,雜草和苔類植物開始出現。
蕨類植物生長在繩狀熔巖流過的山坡上。
火山灰使周圍的土地肥沃,當地的葡萄每年都有收成。[編輯此段]火山火山噴發呈現出大自然瘋狂的壹面。噴發的火山可能會噴出熾熱的紅色熔巖流,或者噴出大量火山灰和火山氣體。這樣的自然災難可能會造成成千上萬的人員傷亡,但大多數火山爆發只會對生命和財產造成輕微的損害。火山爆發是壹種自然災害,世界各地都可能發生,但在某些地區卻頻繁發生。
地球內部充滿了熾熱的巖漿。在巨大的壓力下,巖漿會從薄弱的地方沖破地殼噴湧而出,引發火山爆發。
火山可分為活火山、死火山和休眠火山。前面提到的坦博拉火山和夏威夷群島上的火山仍然活躍,這是壹座活火山。死火山是指史前時期壹直活躍,但歷史上沒有噴發記錄的火山。中國600多座火山大部分是死火山。有些火山在歷史上有過活動記錄,但從那以後就不活躍了。這種火山被稱為休眠火山。休眠火山可能會突然“醒來”,變成活火山。
猛烈的火山爆發會吞噬和摧毀大片土地,將大量的生命和財產燒成灰燼。然而令人驚訝的是,火山往往位於人口密集的地區,比如日本的那須火山和富士山火山周邊。原來火山噴發出來的火山灰是很好的天然肥料,富士山的桑樹長得特別好,有利於養蠶。維蘇威火山盛產葡萄。火山地區往往因其奇特的風景而成為旅遊勝地。
在人類能夠控制火山活動之前,加強預測是預防火山災害的唯壹途徑。科學家對火山爆發的研究,往往得益於動植物的壹些突變。許多動物經常在火山爆發前逃離,仿佛壹場知識的大災難即將來臨。印度尼西亞爪哇島有壹種奇怪的植物,會在火山爆發前開花。當地居民稱之為“火山警報花”。
火山爆發可能是全球變暖的壹個重要原因。
“地球上每年大約有50次不同規模的火山爆發,這可能是全球變暖的重要原因,”中國南極村南極科學考察隊首席科學家、中國科學院院士劉嘉琦在考察了南極地區的火山和地質後說。劉嘉琦院士還強調,這壹結論需要科學家們進壹步探索和研究。
劉嘉琦院士是中國科學院地質與地球物理研究所研究員,國際知名的火山地質學和第四紀地質學專家。參加過中國南極、北極等極地的多次科學考察和研究工作,足跡遍布世界各地。談到這次南極科考,作為本次科考首席科學家的劉院士激動地說:這次南極科考跨越緯度30度,除了中國南極長城站外,還到達了南極地區其他四個國家和十幾個小島的南極科考站,采集了有關樣品,為進壹步研究南極地區的地質演化、地殼運動和氣候環境變化獲得了更多的資料和依據。
在談到南極地區火山活動與全球氣候環境變化的關系時,劉嘉琦院士說:南極大陸是壹個古老的大陸,平均海拔最高,氣候最寒冷幹燥。20世紀60年代末70年代初,南極發生多次大規模火山爆發,每次都產生數十萬噸的二氧化硫、二氧化碳等物質,表明南極休眠火山進入活躍期。
劉嘉琦院士強調,火山爆發和地殼運動是地球生命的表現。目前只有地球和木星的衛星(Io 1)有如此大規模的火山和地殼運動。在地球上,每年大約有50次不同大小的火山爆發。劉嘉琦院士指出,火山爆發可能是全球變暖的壹個重要原因。但這些問題還需要科學家進壹步探索和研究。
劉院士坦言:自然界還有很多東西沒有被人類發現和認識,人類對自然的認知能力不可避免地受到時代和歷史的限制,尤其是手段、方法、工具和人類的認知能力。中國的極地科學考察還有很長的路要走,特別是受交通條件的限制,還不能在南極更大的區域和半徑內進行科學考察。如果有壹天南極地區的壹座山或壹個島以中國的壹位探險家或科學家的名字命名,那將是中國人的驕傲。
“壹個國家的極地科研水平,其實是壹個國家綜合實力的體現。在南極、北極等極地科學的研究和考察方面,我國雖然起步較晚,但發展迅速。極地科考可以說是壹個國家強大的象征。”在談到人類極地科考研究時,劉嘉琦院士補充道:中國極地科考從20年前中國南極長城站的建立,開啟了新的篇章,是壹個強國。目前,世界上已有50多個國家在南極建立了科考站。《南極條約》規定各國不能在南極地區主張資源和領土,但《南極條約》有時間限制。目前,世界各國都在加緊南極戰略。由於南極洲擁有豐富的礦產資源、能源、生物資源和淡水資源,成為世界各國拓展生存空間的重要選擇。南極洲是世界第五大洲,占世界淡水資源的70%。然而,由於南極和北極獨特的地理位置和復雜的環境,人類在極地從事科學考察和研究的難度和危險性要比在其他地區大得多,付出的代價也更大。劉院士指出,我國極地科學研究雖然起步較晚,但已取得了許多科學成果,其中壹些成果仍處於世界前列。
火山不是噴出“火”的山,而是壹種叫做巖漿的高溫粘稠物質。火山爆發時的景象非常壯觀。平時巖漿緊緊包裹在地殼裏。由於其極高的溫度和來自地殼的巨大壓力,每當薄薄的地殼出現裂縫時,巖漿就會猛烈地沖出地面。
火山爆發時,伴隨著驚天動地的轟鳴聲,石塊騰空而起,翻滾翻滾,熾熱的巖漿像壹條兇猛的巨龍從地下噴湧而出,吞噬著周圍的壹切。此刻,方圓數十英裏都籠罩在濃濃的煙霧中。有時候由於火山爆發,平地上瞬間就能豎起壹座高山,比如赤道附近的乞力馬紮羅山和科托帕克西。有時,它能在瞬間吞噬整個村莊和城鎮。
火山形成於地表以下,越深的地方溫度越高,大約20英裏深,高到足以融化大多數巖石。
當火山爆發巖石融化時,它們會膨脹,需要更多的空間。這種被高溫熔化的物質會沿著隆起造成的裂縫上升。
當熔巖槽中的壓力大於其上方巖石的壓力時,它向外爆炸形成火山。[編輯此段]自板塊構造學板塊構造學理論建立以來,許多學者根據板塊理論建立了全球火山模型。他們認為大多數火山分布在板塊邊界,少數火山分布在板塊內。前者構成四大火山帶,即環太平洋火山帶、大洋中脊火山帶、東非裂谷火山帶和阿爾卑斯-喜馬拉雅火山帶。板塊理論在火山研究中的意義在於,它可以將許多看似孤立的現象結合成壹個有機的整體,但該理論建立的火山活動模型並不完善,比如《環大西洋》為什麽沒有火山帶;板內火山不在板塊邊界上,用地幔柱解釋其成因的依據似乎並不充分。最近,另壹位學者(李宏燁,1993)提出了兩極壓縮理論,揭示了地球發展的奧秘。他認為,在兩極擠壓作用下,地球赤道軸擴張形成經向拉伸和緯向擠壓,全球火山主要分布在經向和緯向構造帶。下圖是全球火山和強震分布圖。圖中紅色為全新世火山,數據取自史密森學會,白色為7級以上強震,根據中國地震臺網目錄繪制。
首先,環太平洋火山帶
環太平洋火山帶南起南美洲的科迪勒拉山脈,西北轉向阿留申群島和堪察加半島,繼續向西南延伸有千島群島、島日本群島、琉球群島、臺灣省島、菲律賓群島和印度尼西亞群島,全長4萬多公裏,呈向南開放的環狀構造體系。環太平洋火環也叫環太平洋火環。共有512座活火山,其中南美洲安第斯山脈南段有30多座活火山,北段有16座活火山,中段的llullaillaco海拔6723米,是世界上最高的活火山。再往北到加勒比海,太平洋沿岸有著名的火山,如奇裏基火山、伊拉蘇火山、聖安娜火山和塔胡馬爾火山。北美有90多座活火山。著名的有聖海倫斯山、拉森峰、瑞尼爾山、沙斯塔山、胡德山和桑福德山。阿留申群島最著名的是卡特邁火山和伊利亞姆納火山。堪察加半島上頻繁出現克裏夫蘭火山,沖擊千島群島和日本列島島弧。分布在日本列島的著名火山,如淺山、巖手山、十勝嶽、阿蘇山、三元山等,都是多次噴發的活火山。從琉球群島到臺灣省島有許多火山島,如赤尾嶼、釣魚島、彭佳嶼、澎湖島、七星巖、藍雨、火燒島等,都是新生代以來形成的。火山活動最活躍的可以數從菲律賓到印度尼西亞的火山,如小安的列斯群島的喀拉喀托火山、皮納圖博火山、塔雲火山、坦博拉火山和佩雷火山,這些火山在近代曾多次噴發。
在環太平洋地區,火山活動頻繁。根據歷史資料,世界上80%的火山是在近代噴發的,主要分布在北美、堪察加半島、日本、菲律賓和印度尼西亞。印度尼西亞被稱為“火山之國”,南部包括蘇門答臘島。爪哇島形成的弧-溝體系中有近400座火山,其中129座是活火山。在1966-1970的五年間,這裏噴發了22座火山,海底火山噴發也經常發生,導致壹些新的火山島露出海面。
環太平洋火山帶上的火山巖主要是中性巖漿噴發的產物,形成鈣堿性系列巖石。最常見的火山巖是安山巖。在距離海溝軸線150-300公裏的陸地上,安山巖呈平行於海溝的弧形分布,稱為“安山巖線”。另壹個特點是從海溝到陸地的巖石具有明顯的水平分帶性,壹般隨著離海溝距離的增加依次分布為拉斑玄武巖系列巖石、鈣堿性系列巖石和堿性系列巖石。這裏的火山大多是中央噴發,火山噴發的強度比較高。如果它們發生在人口稠密的地區,往往會造成嚴重的火山災害。