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第5章 愤怒的地球——火山探索篇(1)

在第一部分,我们对火山形成的原因和它的构造、分布作了详细的讲解。接下来,我们将从火山内部对它自身的特点进行分析、介绍,揭开它的庐山真面目。

如同人类一样,虽然每个人都有每个人的不同点,但有些固有的特点是人类所固有的,火山也是这样。

第一节火山为什么会喷发

一个人常常在受到压抑之后,在忍无可忍的情况下总是会忽然爆发出来,以致使他人受到伤害。我们也可以以此来想象火山喷发的情景。当然从科学上来说并不是这样。

那么火山为什么会喷发呢?

火山一旦形成后,并不是像其他的山一样,永远静止不动。有些火山,活火山或者休眠火山,他们的形成就如同人的诞生一样,一旦形成,就具有了生命力。

我们在前面说过,总体上来说,火山喷发是由板块运动造成的。

具体地说,则是由于地球内部存在着一个“液态区”,那里的温度能达到1000℃以上,因此那里的岩石都被熔化成液体,也就是我们所说的岩浆。岩浆在地球的内部不停地流动,就像电饭锅里的蒸汽,总想找个地方流出来,可是又被地壳紧紧地包住。因此,岩浆就向压力比较小的地方积聚。

等到有足够的力量时,它们就会从地壳的薄弱处冲破地壳的包围喷发出来,形成火山喷发。

我们知道,在地面上苹果是要向下坠落的,这是因为重力的作用。而在地下的岩浆,向上运动时也是不违反这个原理的,这里面也有重力的作用。同时,岩浆中的气体和水分,也是火山喷发的重要动力。因为炽热的岩浆本来是不能容纳它们的,只是由于地球深处压力巨大,才把它们与岩浆勉强混合在了一起。这就有点像汽水中的碳酸气,在压力下可以溶到水中去,但如果压力减轻,它们就会分离出来,体积迅速膨胀产生巨大的冲击力(想象一下我们经常喝可乐打开可乐瓶盖时那一瞬间的情景)。而当岩浆在火山底下聚积的时候,由于其中的一部分物质逐渐凝结成岩石从中分离,余下的物质中,气体和水分的含量便会越来越高,冲击力也越聚越强。当它从地壳中冲开一条出路的时候,大量岩浆便会顺着冲开的出路涌向地面,这时压力急剧减少,气体和水分迅速膨胀,如同炸药一样炸开地表形成火山的骤然爆发。火山喷发是一种奇特的地质现象,是地壳运动的一种表现形式,也是地球内部热能在地表的一种最强烈的显示。

第二节火山喷发究竟喷出的是什么呢

火山并非是喷出“火”的山,因此它喷出的也不是火。那么,它究竟喷出的是什么呢?

根据对火山喷发物进行研究之后发现,火山喷出的物质主要包括火山气体、熔岩和火山碎屑。

火山气体在火山活动的各个阶段都可以从火山口或火山锥周围的裂缝中逸出。火山气体的主要成分是水蒸气(70%~90%)、二氧化碳、二氧化硫以及微量的氮、氢、一氧化碳、硫氧、氯等。喷出气体的温度可达500℃~600℃,岩浆析出的水蒸气或地下水受热气化成的水蒸气沿裂隙上升,遇冷在地表往往形成喷泉或温泉。

熔岩是从火山口喷到地面的岩浆。熔岩内含气体比岩浆少。熔岩按其中二氧化硅的容量分为酸性、中性和基性。

酸性熔岩的二氧化硅含量大于65%,温度为800℃~900℃,黏性大而气体多,流动速度一般为每小时几米、十多米。基性熔岩的二氧化硅含量小于52%,温度为1000℃~1200℃,黏性小,气体少,流动速度一般为每小时几千米,块状的可达100千米。中性熔岩则介于二者之间,流动速度与酸性熔岩相仿。

火山碎屑是被喷入空中的碎屑,源于希腊词汇“Tephra”,是“灰”的意思,现已成为火山专业术语,是火山喷发时飞入空中的所有碎屑物的总称。其中包括各种尺寸和密度的碎屑物,它们由于爆炸、热气流或岩浆的喷发被带入空中,粗重的则落在火山口附近,如火山块、火山弹等;轻而小的则随风飘飞,被风吹到几千米以外沉降或上升到平流层随大气环流,如火山灰。

另外,根据火山喷发碎屑的尺寸和形态又可分为火山灰、火山砾、火山块、火山弹、火山渣和浮岩等。

(1)火山灰

火山爆发时,岩石或岩浆被粉碎成细小颗粒,从而形成火山灰。

主要是由岩石、矿物、火山玻璃碎片组成,直径小于2米。但它不同于烟灰,因为它坚硬、不溶于水。具有很大的危害性。当火山爆发时炽热的火山灰随气流快速上升,不仅会对飞行安全造成威胁,大规模的火山喷发所产生的火山灰还可以在平流层长期驻留,从而对地球气候产生严重影响。此外,火山灰也会对人、畜的呼吸系统产生不良影响。当火山灰与水(火山区暴雨、附近的河流湖泊等)混合形成密度较大的火山泥流时,危害性就更大了。1991年皮纳图博火山喷发时,台风和雨使又湿又重的火山灰降落到人口稠密的地区,造成约200人死在压塌的屋顶下。不过,火山灰并不是没有用处的,它也是很好的天然肥料。

(2)火山砾

火山砾指的是直径范围在2毫米~64毫米的火山喷发碎屑,在意大利语中“Lapilli”是“小石头”的意思。另外,还有一种火山砾被称为增生火山砾,它的直径范围也是2毫米~64毫米,其特殊之处在于它是球形的,是由细小的火山灰一层一层黏结而成的。

(3)火山块

火山块是直径大于64毫米的棱角锋利的岩块。火山块的成分一般是早期的熔岩。

火山爆发导致火山锥上早期的熔岩体破碎形成火山块。一般认为熔岩体破碎时为固体状态,从而才可能形成火山块锋利的棱角。

(4)火山弹

火山弹是直径大于64毫米的形状圆滑的熔岩块。火山弹是火山爆发时,熔融或部分熔融的岩屑飞入空中冷却下落形成的。由于流体动力学的作用,岩块形成了圆滑的形状。火山弹包括圆形、长形、纺锤形等多种。

(5)火山渣

火山渣是火山喷发形成的矿渣状多孔的岩石。由孔隙、火山玻璃和矿物组成。孔隙是由于泡沫破裂、气体逃逸而形成的。火山渣富含镁铁,而含有较少的硅,通常为黑色、深灰色、红色和棕色。

火山渣非常坚硬,由于其坚硬且多孔,因而是铺设路面的极好材料。

另外,孔隙比例非常大的火山渣又被称为网状火山渣。网状火山渣中的气泡几乎都已破裂,形成密集的开放孔隙。大量的开放的孔隙和易碎的火山玻璃构成了类似蜂巢的、精细的网状火山渣。网状火山渣也被称为玄武岩浮岩,它甚至比浮岩还轻,但由于其开放的孔隙结构,因而不能浮于水面之上。

(6)浮岩

浮岩是由火山玻璃、矿物和气泡所组成的一种轻的、多气泡的、类似海棉状的火山岩。

火山爆发时,岩浆中分离出的大量火山气体形成泡沫,随后泡沫冷却,气体被“冻结”在浮岩中,浮岩中的气泡约占岩石总体积的70%以上。由于气泡间只有极薄的火山玻璃和矿物,因而可以浮于水面之上,故被称作浮岩。

火山渣和浮岩均为火山喷发时产生的富含气泡或多孔的岩石。

产生这类岩石的过程有点类似于打开啤酒瓶时泡沫喷出的过程。当啤酒瓶开启时,瓶内的压力骤然下降,致使啤酒中溶解的二氧化碳气体迅速逃逸形成泡沫。火山爆发时,火山通道内的岩浆中溶解的火山气体迅速逃逸也形成了大量泡沫,这些泡沫冷却后就形成了火山渣和浮岩。

如前所述,正是这些喷出物堆积在火山口附近形成火山。当然,不同的火山,喷出物也是不同的,即使是同一座火山,不同时期的喷出物也是不同的。

第三节影响火山喷发的因素有哪些

前面我们讲到了火山为什么会喷发以及它喷出的物质,这一节我们将系统地介绍影响火山喷发的因素。纵观世界火山的喷发类型,无论它以什么形式喷发,其决定因素无外乎以下几种原因。

1.岩浆的成分及流动性

岩浆的成分、挥发分含量、温度和黏度各有不同。

例如玄武质岩浆温度高、黏度小,大多数情况下形成的是岩浆的喷溢。喷出的熔岩可形成大面积的熔岩台地和盾形火山;如夏威夷群岛的冒纳罗亚火山。因此岩浆流动性大,火山喷发相对来说就比较宁静。相反流纹质和安山质岩浆温度低、黏度大,挥发成分多、流动性差,因此火山喷发猛烈,有巨大的爆炸声,并伴随大量的火山灰、火山弹喷出,常形成高大的火山碎屑锥。还有火山碎屑流和发光现象。

2.地下岩浆上升通道的特点

若岩浆房中的岩浆沿较长的断裂线涌出地表,即形成裂隙式喷发,若沿两组断裂交叉而成的筒状通道上升,在岩浆内压力的作用下,便可产生猛烈的中心式喷发。

3.岩浆喷出的构造环境

火山所处的大地构造环境不同,火山喷发类型的特点也大不相同。特别是有水存在时,会有剧烈的变化。因为在深海中,水压极大,无法产生爆炸,而且熔岩急速被海水冷却。一般来说,主要是看它的喷发是发生在陆地还是水下,是在洋脊还是在板内,是在岛弧还是在碰撞带等。

第四节火山喷发的类型

前面我们说到的影响火山喷发的三个主要的因素,也决定着火山喷发的类型。总体上大致有以下类型。

1.裂隙式喷发

岩浆沿着地壳上巨大裂缝溢出地表,喷发温和宁静,称为裂隙式喷发。这类喷发没有强烈的爆炸现象。喷出物多为碱性熔岩和黏性小的玄武岩,其中含碎屑和气体较少,冷凝后往往形成覆盖面积广薄的熔岩台地、熔岩被或玄武岩高原。如分布于我国西南川滇黔三省交界地区的二迭纪峨眉山玄武岩和河北张家口以北的第三纪汉诺坝玄武岩,它们都是由于裂隙式喷发所形成的。现代裂隙式喷发主要分布于大洋底的洋中脊处,在大陆上只有冰岛可见到此类火山喷发活动,故又称为冰岛型火山。

2.中心式喷发

如果地下岩浆通过管状火山喉管喷出地表,就会形成中心式喷发。现代的火山活动主要都是以这种形式喷发的,又可细分为以下三种:

(1)宁静式

在发生宁静式火山喷发时,只有大量炽热的熔岩从火山口宁静溢出,顺着山坡缓缓流动,好像煮沸了的米汤从饭锅里溢出来一样。

溢出的熔岩主要以基性熔岩为主,并且温度较高、黏度小、易流动,并且含气体较少,因而无爆炸现象。以夏威夷群岛上的火山为其代表,因此又被称为夏威夷型。这类火山人们可以尽情地欣赏,不会带来什么危害。

(2)爆裂式

与宁静式喷发相反,此类火山在喷发时,常常会产生猛烈的爆炸,同时喷出大量的气体和火山碎屑物质,喷出的熔岩主要以中酸性熔岩为主。1902年12月16日,西印度群岛的培雷火山爆发震撼了整个世界。它喷出的岩浆黏稠,同时喷出大量浮石和炽热的火山灰。

这次造成26000人死亡的喷发,就属此类,也称培雷型。

(3)中间式

属于宁静式和爆裂式喷发之间的过渡型。此种类型以中基性熔岩喷发为主。若发生爆炸,爆炸力也不大。一般可以连续几个月,甚至几年,长期平稳地喷发,并以伴有间歇性的爆发为特征。以靠近意大利西海岸利帕里群岛上的斯特朗博得火山为其代表。该火山大约每隔2分钟~3分钟喷发一次,夜间在50千米以外仍可见着火山喷发出的光焰,故而被誉为“地中海灯塔”,又称斯特朗博利式。

有人认为我国黑龙江省的五大连池火山属于这种类型。

3.熔透式喷发

若岩浆熔透地壳大面积地溢出地表,就会形成熔透式喷发。这是一种古老的火山活动方式,现代已不存在。一些学者认为,在太古代,由于地壳较薄,地下岩浆热力较大,所以常造成熔透式岩浆喷出活动。

理论上火山的喷发类型分为以上几种。然而以具有代表性的火山喷发方式和实例为准,又被分为:宁静式、爆烈式和中间式三种。

4.夏威夷式

夏威夷式实际就是属于宁静式喷发。我们已经说过,此类喷发没有强烈的爆炸现象,岩浆为碱性熔岩,气体和火山灰很少。火山锥一般为盾形,顶部碗状火山口中有灼热熔岩湖和熔岩喷泉。

此类火山的喷发物为大量基性熔岩流,岩浆黏度小,流动性大,故爆裂较少。熔岩通常从火山口和山腰裂隙溢出,气体释放量不定。由于喷发时岩浆受到压力作用,到达地表时会形成熔岩喷泉。夏威夷式喷发通常会形成火红的“熔岩河”,熔岩往往是多次溢流,而且有许多裂隙作为通道。最后通常形成平坦的熔岩穹丘。1942年夏威夷的冒纳罗亚火山的爆发为此种火山的范例。此类火山喷发,可大略分为三个阶段:

(1)熔岩喷出期:共持续数小时,熔岩流堆积形成薄薄的熔岩流或低丘。

(2)熔岩漫流期:火山口中仍陆续有熔岩流出,使熔岩层及低丘继续加厚。

(3)喷气期:只有气体出现,数量亦锐减。这时,火山喷发已接近尾声。

5.培雷式

培雷式喷发其实就是属于前面所讲的爆裂式喷发。喷出的熔岩黏度高,爆炸特别强烈。其明显的特征就是在喷发时形成迅猛的火山灰流,这是一种温度非常高的气体。当火山灰流夹杂大量的碎屑及岩石,沿着山坡一起向下移动时,就会产生类似台风一般的破坏。这种形式的喷发形成的火山锥一般都是坡度较大的碎屑锥,顶部为岩穹,经风化后火山颈凸出地面。

在培雷式喷发中,欲向上逸散的气体经常被火山口中的熔岩堵住,使压力逐渐增大,最后产生爆炸。熔岩被火山灰含量很高的气体推动而向外流出,但除了从火山口中流出黏稠的熔岩外,其他地方没有熔岩流出的现象。

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