火山概况
地壳之下100至150千米处,有一个“液态区”,区内存在着高温、高压下含气体挥发份的熔融状硅酸盐物质,即岩浆。它一旦从地壳薄弱的地段冲出地表,就形成了火山。
在地球上已知的“死火山”约有2000座;已发现的“活火山”共有523座,其中陆地上有455座,海底火山有68座。 火山在地球上分布是不均匀的,它们都出现在地壳中的断裂带。就世界范围而言,火山主要集中在环太平洋一带和印度尼西亚向北经缅甸、喜马拉雅山脉、中亚、西亚到地中海一带,现今地球上的活火山百分之九十九分布都在这两个带上。
火山出现的历史很悠久。有些火山在人类有史以前就喷发过,但现在已不再活动,这样的火山称之为“死火山”;不过也有的“死火山”随着地壳的变动会突然喷发,人们称之为“休眠火山”;人类有史以来,时有喷发的火山,称为“活火山”。
火山活动能喷出多种物质,在喷出的固体物质中,一般有被爆破碎了的岩块、碎屑和火山灰等;在喷出的液体物质中,一般有熔岩流、水、各种水溶液以及水、碎屑物和火山灰混合的泥流等;在喷出的气体物质中,一般有水蒸汽和碳、氢、氮、氟、硫等的氧化物。除此之外,在火山活动中,还常喷射出可见或不可见的光、电、磁、声和放射性物质等,这些物质有时能致人于死地,或使电、仪表等失灵,使飞机、轮船等失事。
火山喷发的强弱与熔岩性质有关,喷发时间也有长有短,短的几小时,长的可达上千年。按火山活动情况可将火山分为三类:活火山、死火山和休眠火山。其中休眠火山指有人类历史的记载中曾有过喷发,但后来一直未见其活动,世界上大约有500座活火山。
火山喷发可在短期内给人类和生命财产造成巨大的损失,它是一种灾难性的自然现象。然而火山喷发后,它能提供丰富的土地、热能和许多种矿产资源,还能提供旅游资源。
许多书籍中都对火山喷发的情形做了详细的描述。例如在《黑龙江外传》中记述了黑龙江五大连池火山群中两座火山喷发的情况。“墨尔根(今嫩江)东南,一日地中出火,石块飞腾,声振四野,越数日火熄,其地遂成池沼此康熙五十八年事。”
火山的形成
火山是由什么形成的?地表下面,越深温度越高。在距离地面大约32公里的深处,温度之高足以熔化大部分岩石。
岩石熔化时膨胀,需要更大的空间。世界的某些地区,山脉在隆起。这些正在上升的山脉下面的压力在变小,这些山脉下面可能形成一个熔岩(也叫“岩浆”)库。
这种物质沿着隆起造成的裂痕上升。熔岩库里的压力大于它上面的岩石顶盖的压力时,便向外迸发成为一座火山。
喷发时,炽热的气体、液体或固体物质突然冒出。这些物质堆积在开口周围,形成一座锥形山头。“火山口”是火山锥顶部的洼陷,开口处通到地表。锥形山是火山形成的产物。火山喷出的物质主要是气体,但是象渣和灰的大量火山岩和固体物质也喷了出来。
实际上,火山岩是被火山喷发出来的岩浆,当岩浆上升到接近地表的高度是,它的温度和压力开始下降,发生了物理和化学变化,岩浆就变成了火山岩。
火山的形成涉及一系列物理化学过程。地壳上地幔岩石在一定温度压力条件下产生部分熔融并与母岩分离,熔融体通过孔隙或裂隙向上运移,并在一定部位逐渐富集而形成岩浆囊。随着岩浆的不断补给,岩浆囊的岩浆过剩压力逐渐增大。当表壳覆盖层的强度不足以阻止岩浆继续向上运动时,岩浆通过薄弱带向地表上升。在上升过程中溶解在岩浆中挥发份逐渐溶出,形成气泡,当气泡占有的体积分数超过75%时,禁锢在液体中的气泡会迅速释放出来,导致爆炸性喷发,气体释放后岩浆粘度降到很低,流动转变成湍流性质的。如若岩浆粘滞性数较低或挥发份较少,便仅有宁静式溢流。从部分熔融到喷发一系列的物理化学过程的差别形成了形形色色的火山活动。
火山资源
火山虽然经常给人类带来巨大的灾害,但它也并非一无是处。火山资源的利用也可以带给我们生活的乐趣与便利。一般来说,火山资源主要体现在它的旅游价值、地热利用和火山岩材料方面。火山和地热是一对孪生兄弟,有火山的地方一般就有地热资源。地热能是一种廉价的新能源,同时无污染,因而得到了广泛的应用。现在,从医疗、旅游、农用温室、水产养殖一直到民用采暖、工业加工、发电方面,都可见到地热能的应用。人们曾对卡迈特火山区进行过地热能的计算,那里有成千上万个天然蒸气和热水喷口,平均每秒喷出的热水和蒸气达2万立方米,一年内可从地球内部带出热量40万亿大卡,相当于600百万吨煤的能量。冰岛由于地处火山活动频繁地带,可开发的地热能为450亿千瓦时,地热能年发电量可达72亿千瓦时,那里的人民很好地利用了这一资源,虽然目前开发的仅占其中的7%,但已经给当地人民带来了很多效益。其中,雷克雅未克周围的3座地热电站为15万冰岛人提供热水和电力,而整个冰岛有85%的居民都通过地热取暖。地热资源干净卫生,大大减少了石油等能源进口。自1975年后,冰岛空气质量大为改善。冰岛人还善于提高地热资源的使用效率,包括进行温室蔬菜花草种植、建立全天候室外游泳馆、在人行道和停车场下铺设热水管道以加快冬雪融化等。现在,全世界有十几个国家都在利用地热发电,我国西藏羊八角建立了全国最大地热试验基地,取得了很好的成绩。
火山活动还可以形成多种矿产,最常见的是硫磺矿的形成。陆地喷发的玄武岩,常结晶出自然铜和方解石,海底火山喷发的玄武岩,常可形成规模巨大的铁矿和铜矿。另外,我们熟知的钻石,其形成也和火山有关。玄武岩是分布最广的一种火山岩,同时它又是良好的建筑材料。熔炼后的玄武岩称为“铸石”,可以制成各种板材、器具等。铸石最大的特点是坚硬耐磨、耐酸、耐碱、不导电和可作保温材料。
火山奇观
间歇泉是火喷发后期的一种自然现象。当地下的高温将地下水加温到一定压力后,水和蒸气就会从喷口处冲出,压力降低后便停止喷出,进入下一个过程。美国黄石公园的间歇泉是很著名的,其中有些可射到100多米高,其惊涛骇浪般的吼声使人惊心动魄。如老忠实泉,它喷出的水柱可达180米左右,沸水散发出的蒸气像一团洁白的云挂在蓝天上。它每一小时喷射一次,每次历时5分钟,非常准时,所以得了这么一个名字。
有的火山口底部有岩浆湖,就像一锅滚开的粥一样。夏威夷岛上的基拉韦厄火山口直径4千多米,深130米,在这个“大锅”的底部,就是一片深十几米的岩浆湖,有时湖上还会出现高达数米的岩浆喷泉。
我国黑龙江省有一处“地下森林”,它是由7个死火山口演化来的。由于火山喷发物经风化后形成了肥沃的土壤,一些植物便在这大坑里安下了家。这种地下森林是很少见的。
有些火山口堪称是大自然的鬼斧神功之作。如号称“世界第八奇迹”的恩戈罗恩戈罗火山口,它深达600多米,上面直径为18公里,面积254平方公里,底面积为260平方公里,活像一口直上直下的巨井。而在这口“井”里,还生活着狮子、长颈鹿、水牛、斑马等很多动物,简直像个热闹的动物园。
世界上最大的破火山口是日本九州岛上的阿苏火山,这个火山口东西方向17公里,南北方向25公里,周长100多公里,从它规模就可以想当时爆发的巨大威力。
火山类型
(一)根据火山活动情况的分类
1、活火山(active volcano)
指现代尚在活动或周期性发生喷发活动的火山。这类火山正处于活动的旺盛时期。如爪吐岛上的梅拉皮火山,本世纪以来,平均间隔两二年就要持续喷发一个时期、我国近期火山活动以台湾岛大屯火山群的主峰七星山最为有名。大陆上,仅6年在新疆昆仑山西段于田的卡尔达西火山群有过火山喷发记录。火山喷发形成了一个平顶火山锥。
2、死火山(extinct volcano)
指史前曾发生过喷发,但有史以来一直未活动过的火山。此类火山已丧失了活动能力。有的火山仍保持着完整的火山形态,有的则已遭受风化侵蚀,只剩下残缺不全的火山遗迹、我国山西大同火山群在方圆约123平方公里的范围内,分布着99个孤立的火山锥,其中狼窝山火山锥高将近1900米。
3、休眠火山(dormant volcano)
指有史以来曾经喷发过.但长期以来处于相对静止状态的火山。此类火山都保存有完好的火山雄形态,仍具有火山活动能力,或尚不能断定其已丧失火山活动能力。如我国白头山天池,曾于1327年和1658年两度喷发,在此之前还有多次活 动。目前虽然没有喷发活动,但从山坡上一些深不可测的喷气孔中不断喷出高温气体,可见该火山目前正处于休眠状态。
应该说明的是,这三种类型的火山之间没有严格的界限。休眠火山可以复苏,死火山也可以“复活”相互间并不是一成不变的。过去一直认为意大利的维苏威火山是一个死火山,在火山脚下,人们建筑起许多的城镇,在火山坡上开辟了葡萄园,但在公元79年维苏威火山突然爆发,高温的火山喷发物袭占了毫无防备的庞贝和赫拉古农姆两座古城,两座城市及居民全部毁灭和丧生。
(二)根据火山喷发状况划分的喷发类型
火山作用受到岩浆性质、地下岩浆库内压力、火山通道形状、火山喷发环境(陆上或水下)等诸因素的影响,使得火山喷发具有下列类型。
1、裂隙式喷发
岩浆沿着地壳上巨大裂缝溢出地表,称为裂隙式喷发。这类喷发没有强烈的爆炸现象,喷出物多为碱性熔浆,冷凝后往往形成覆盖面积广的熔岩台地。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都属裂隙式喷发。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
地下岩浆通过管状火山通道喷出地表,称为中心式喷发。这是现代火山活动的主要形式,又可细分为三种:
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沸泻出来一样。溢出的以碱性熔浆为主,熔浆温度较高,粘度小,易流动。含气体较少,无爆炸现象、夏威夷诸火山为其代表,又称为夏威夷型。
爆烈式;火山爆发时,产生猛烈的爆炸,同时喷出大量的气体和火山碎屑物质,喷出的熔浆以中酸性熔浆为主。1568年6月25日,西印度群岛的培雷火山爆发就属此类,也称培雷型。
中间式: 属于宁静式和爆烈式喷发之间的过渡型.此种类型以中碱性熔岩喷发为主。若有爆炸时,爆炸力也不大。可以连续几个月,甚至几年,长期平稳地喷发,并以伴有歇间性的爆发为特征。以靠近意大利西海岸利帕里群岛上的斯特朗博得火山为代表.该火山大约每隔2-3分钟喷发一次,夜间在669公里以外仍可见火山喷发的光焰。故此又称斯特朗博利式。
3、熔透式喷发
岩浆熔透地壳大面积地溢出地表,称为熔透式喷发。这是一种古老的火山活动方式,现代已不存任。一些学者认为,在太古代时,地壳较薄,地下岩浆热力较大,常造成熔透式岩浆喷出活动。
火山的影响
最具威力、最壮观的火山爆发常常发生在俯冲带。这里的火山可能在沉寂达数百年之后再度爆发,而一旦爆发,威力就特别猛烈。这样的火山爆发常常会给人类带来灭顶之灾。
1、影响全球气候
火山爆发时喷出的大量火山灰和火山气体,对气候造成极大的影响。因为在这种情况下,昏暗的白昼和狂风暴雨,甚至泥浆雨都会困扰当地居民长达数月之久。火山灰和火山气体被喷到高空中去,它们就会随风散布到很远的地方。这些火山物质会遮住阳光,导致气温下降。此外,它们还会滤掉某些波长的光线,使得太阳和月亮看起来就像蒙上一层光晕,或是泛着奇异的色彩,尤其在日出和日落时能形成奇特的自然景观。
2、破坏环境
火山爆发喷出的大量火山灰和暴雨结合形成泥石流能冲毁道路、桥梁,淹没附近的乡村和城市,使得无数人无家可归。 泥土、岩石碎屑形成的泥浆可象洪水一般淹没了整座城市。
岩石虽被火山灰云遮住了,但火山刚爆发时仍可看到被喷到半空中的巨大岩石。
3、重现生机
火山爆发对自然景观的影响十分深远。土地是世界最宝贵的资源,因为它能孕育出各种植物来供养万物。如果火山爆发能给农田盖上不到20厘米厚的火山灰,对农民来说可真是喜从天降,因为这些火山灰富含养分能使土地更肥沃。
熔岩崩解后,杂草苔类开始冒出来。
绳状熔岩流过的山坡长出蕨类植物。
火山灰让周围的土地肥沃,当地的葡萄年年丰收。
火山喷发
一、火山喷发的过程
火山喷出地表前的过程归纳为三个阶段:岩浆形成与初始上升阶段、岩浆囊阶段和离开岩浆囊到地表阶段。
1.岩浆形成与初始上升阶段
岩浆的产生必须有两个过程:部分熔融和熔融体与母岩分离。实际上这两种过程不大可能互相独立,熔融体与母岩的分离可能在熔融开始产生时就有了。部分熔融是液体(即岩浆)和固体(结晶)的共存态,温度升高、压力降低和固相线降低均可产生部分熔融。当部分熔融物质随地幔流上升时,在流动中也会产生液体和固体的分离现象,从而产生液体的移动乃至聚集,称之为熔离。
2. 岩浆囊阶段
岩浆囊是火山底下充填着岩浆的区域,是地壳或上地幔岩石介质中岩浆相对富集的地方。一般视为与油藏类似的岩石孔隙(或裂隙)中的高温流体,通常认为在地幔柱内,岩浆只占总体积的5%-30%。从局部看,可以视为内部相对流通的液态集合。岩浆是由岩浆熔融体、挥发物、以及结晶体组成的混合物。
3. 从岩浆囊到地表阶段
岩浆从岩浆源区一直到近地表的通路的上升,与岩浆囊的过剩压力、通道的形成与贯通、以及岩浆上升中的结晶、脱气过程有关。当地壳中引张或引张-剪切应力大于当地岩石破裂强度时,便可能形成张性或张-剪性破裂,如若这些裂隙互相连通,就可以作为岩浆喷发的通道。
二、火山喷发条件
一个地方能否形成火山主要在于是否具备以下条件:
1.部分熔融体的形成,必须有较高的地热(自身积累的或外边界条件产生的),或隆起减压过程,或脱水而减低固相线;
2.岩浆在地壳中的富集,或岩浆囊形成的位置与中性浮力面的深度有关,而中性浮力面的深度又与地壳流变学间断面有关;
3.岩浆囊中的物理化学过程,主要是结晶体、挥发物与流体的分额与相互作用,岩浆喷发起着促使、或抑制作用。地壳岩浆囊的存在起着拦截、改造地幔升上的岩浆的作用。它也是形成爆炸式火山喷发的重要条件。
4.岩浆囊的存在对岩浆通道的形成有促进作用,而构造活动产生的引张应力场是形成岩浆通道的主要原因。
5.岩浆离开岩浆囊后的上升受到压力梯度与浮力的双重驱动。