摘要纠错编辑摘要 火山是地下深处的高温岩浆及其有关的气体、碎屑从地壳中喷出而形成的,具有特殊形态的地质结构。火山可以分为死火山和活火山。火山爆发是一种很严重的自然灾害,它常常伴有地震。火山喷发会对人类造成危害,但它也带来一些好处。例如:可以促进宝石的形成;扩大陆地的面积(夏威夷群岛就是由火山喷发而形成的);作为观光旅游考察景点,推动旅游业,如日本的富士山。专门研究火山活动的学科称为火山学。 在地壳之下100至150千米处,有一个“液态区”,区内存在着高温、高压下含气体挥发成分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,就是火山喷发,而喷出的岩浆在地面上冷却后就形成了火山。火山活动常常伴随有地震活动。[1] 火山是一个地质概念,是由固体碎屑、熔岩、流或穹状喷出物围绕着其喷出口堆积而成的隆起的丘或山。火山喷出口是一条由地球上地幔或岩石圈到地表的管道,大部分物质堆积在火山口附近,有些被大气携带到高处而扩散到几百或几千公里外的地方。 现代火山喷发,一方面可造福于人类,为人类提供沃土、空气、矿产、建材、能源和其他资源;另一方面,又常给人类带来灾难和痛苦。火山喷发物,如火山灰、熔岩流、火山碎屑流以及与火山喷发相伴生的火山泥石流、地震、海啸等均可造成巨大的灾害,甚至带来长期的灾害后果,引起全球性的气候变化,导致大区域性的灾荒。[2] 火山并非是喷出“火”的山,它喷出的是一种高温粘稠的物质,这种物质叫岩浆。火山爆发时景象异常壮观。平时,死死被地包在地壳里岩浆,由于其温度极高,又承受着地壳的巨大压力,所以一遇地壳较薄的地方或有裂隙,岩浆就猛烈地冲出地面。 地球上有以下几个火山带:环太平洋火山带,分布着300多座活火山,约占全球总数的60%;亚欧大陆南部火山带,有10余座活火山;东非裂谷带等。各大洋还有海底火山。[5] 中国的火山地质景观主要分布在东北北部山区、内蒙古高原、华北山地、长江下游、闽浙沿海、雷州半岛、海南岛、台湾、澎湖列岛及滇西等地。全国现有火山1060座。仅东北地区就有火山45处,800多座。其中绝大部分为死火山,只有少数近期有活动,活火山只有7处。火山分布集中的地区主要有: 火山(Volcano)的名词来自意大利的“Vulcano”,原是意大利地中海内利巴里群岛(Lipari Islands)一个火山的名称,后来成为火山代名词。 而Vulcan在古罗马文字中指『火神』。火山是由火山口喷发堆积而成的高地。 板块构造学说主张板块的运动,是由于地球内部软流圈的热对流造成的。而当板块互相推挤,密度较大的一边会下降到另一边下方,称作隐没,而发生隐没的带状地区称为隐没带或聚合性板块交界。地底的高温会将隐没的板块熔融,形成岩浆。岩浆借由浮力缓缓上升,最后聚集成为岩浆库,就是火山底部储存岩浆的场所。而当岩浆中的气体压力累积到一个程度,火山就爆发了。例如:环太平洋地区的火山,大多为此种火山。 有些火山分布在板块的张裂性交界上,也就是两个板块分离的带状地区。在这种地区,高温的地函物质会上升,形成海底火山山脉,称作中洋脊。 世界上最主要的火山带,系环绕太平洋的边缘分布,号称「火环」(Ring of Fire),计自南美洲安地斯山脉的智利起,向北经秘鲁、中美洲墨西哥、美国西部卡斯凯德山脉(Cascade range)、西北行至阿留申群岛、堪察加、千岛群岛、日本、琉球、台湾、菲律宾、西里伯斯、新几内亚、所罗门群岛(Solomon Is.)、新喀里多尼(New Caledonia)、及纽西兰等。这一条火环大致和环太平洋的地震带相一致,可称为地壳活动带(Mobile Belt of Earth Crust)。除这一条主要火山地带外,尚有其它六区: 太平洋岛屿区︰包括夏威夷群岛、及南美外海的加拉巴哥斯群岛(Galapagos Is.属厄瓜多尔)、侏恩费南迪诸小岛(Juan Fernandez Isles,属智利)。 南洋赤道区︰包括帝文、爪哇、巴里及苏门达腊诸岛。 印度西侧︰阿拉伯地区、马达加斯加岛及东非洲裂谷火山群。 地中海带︰由土耳其极东的阿拉雷特峰(Mt.Ararat)起,向西经意大利至大西洋上的亚速尔群岛、坎奈群岛(Canary Is.)等。 西印度群岛火山群。 冰岛及法罗群岛等零星地区。[7] 火山的喷发类型是帮火山分类的其中一种方式,这会影响火山的形状。1908年,阿尔弗莱德·拉克鲁瓦(Alfred Lacroix)将火山的喷发分为四种类型:夏威夷式(Hawaiian)、史冲包连式(Strombolian)、伏尔坎宁式(Vulcanian)及培雷式(Peléan)。而后学者又增加两类:冰岛式(Icelandic,或称苏特塞式)及普林尼式(Plinian)。以上六种喷发形式为现今之分类方式,这些分类皆以其代表火山命名。但这仍不是最完善的分类方式,实际调查显示,一座火山即使以某一种类型为主,并不代表它不会出现其他种类的喷发。
其他喷发型式玄武岩泛流喷发(洪水玄武岩):岩浆沿一个巨大的裂隙或裂隙群上升,喷出地表。岩浆以玄武岩为主,通常形成熔岩高原。因为玄武岩岩浆之流动性大,且熔岩喷出量大,少有爆发的情况。此种喷发在地形平坦处看似洪水泛滥,到处流溢、分布面积广,因而得名。参见玄武岩泛流喷发。 超级火山(Supervolcano):巨型火山几乎无岩浆的爆炸性喷发,火山碎屑占总喷出物的75%至100%。通常形成巨大的破火山口。此种喷发产生的大量碎屑物质可能影响全球的气候变迁,会造成大量财物损失及伤亡。例如:黄石国家公园的破火山口即是一例。 气体喷发(或称湖泊喷发,Limnic eruption):喷出物只有气体,完全不含其他物质。目前已知会进行气体喷发的只有非洲的三个湖泊,1986年喀麦隆尼欧斯湖的喷发是一个典型的例子。 1、盾状火山(Shield Volcanoes):盾状火山是具有宽阔顶面和缓坡度侧翼(盾状)的大型火山。由于火山挤出的产物主要为低粘滞性的玄武岩岩浆。夏威夷岛(大岛)是典型的盾状火山。大岛是由5个连续年龄的火山连接而成。其中的 Mauna Loa火山是最大的,从海底到山顶有9090米。 2、火山渣锥 Cinder cones (scoria cones):火山渣锥是玄武岩碎片堆积而成的山丘,喷出气体携带熔岩滴进入大气,然后在火山口附近降落,而形成火山锥。熔岩滴通常在飞行中间,降落地面之前已经是固态的或部分固态的,称之为火山弹。如果气体压力下降,最后阶段的可能是熔岩流冲出渣锥的底部,如果熔融岩浆中具有充裕的水,它们的相互作用将形成玛珥湖(低平火山口)而不是火山渣锥。 喷发时间越长,火山锥越高。一些火山锥只有几米高,而一些如墨西哥的Paricutin火山,从1943年到1952年连续喷发,火山锥高达610米,随着火山碎屑活动,熔岩流从其底部流出,摧毁了Paricutin村. 火山渣锥可以单独存在,也可以组成小的或大的群,或火山场。 3、复合型火山(层状火山) Composite Volcanoes(Stratovolcanoes):复合型火山为多次喷发所建造,其复发周期可以是几十万年,也可以是几百年。形成复合型火山的最经常的是安山岩,但也有例外。虽然安山岩复合型火山锥主要由火山碎屑组成, 有些岩浆侵入使锥体内部破裂而形成岩墙或岩床。这样多次侵入形成的岩墙或岩床将碎石编织成巨大堆积。这样的构造可以比单独由碎屑物构成的火山锥高 。由于其太高,有可能使其太陡、不稳定而在重力作用下垮塌。地球上一万年来已知1,511 火山喷发,其中699座为层状火山。 地球上最高的火山为层状火山——智利的Nevado Ojos del Salado火山高 6,887 m.历史上喷发过的最高的火山为高6,739 m 的Llullaillaco火山, 二者都在北智利安第斯山脉。 圣海仑斯火山为Cascades最年轻的层状火山,同时也最活动,地质学家识别出过去3500年35层喷发的火山灰。 Shasta火山是Cascades最大的层状火山。 4、熔岩穹丘(Domes):熔岩穹丘是高粘滞性、富硅岩浆缓慢挤出而形成的,大部分熔岩穹丘比较小,但可能超过25立方公里。穹丘挤出可以相当缓慢的熔岩运动而终结,也可能开始爆炸,扩展成为火山碎屑所覆盖的坑。 5、破火山口(Calderas):一种在火山顶部的较大的圆形拗陷,其直径往往大于1英里。通常是岩浆回撤、火山自身塌陷时形成,或浅部岩浆囊喷发而形成的。大量岩浆的撤退可能是由于其构造支撑的丧失而造成的。在西班牙语中Caldera 意为罐或大锅,在Canary岛原来指锅底状的拗陷,而不管其成因。 破火山口直径可达8-16公里,而火山口直径通常不超过1-1.6公里,主要是在火山喷发期间由于爆炸而挖掘出来的。 6、低平火山口(玛珥湖 Maar):玛珥的英文“maar”来源于拉丁文“mare”,即海的意思,使德国莱茵地区的人们对湖泊、沼泽的称呼。1921年德国科学家Steininger把maar定义为一种火山类型。玛珥是由岩浆水汽相互作用发生爆炸而形成的。在地表下形成了深切到围岩的圆形火山口,并被一个低矮的碎屑环包围。玛珥是一个由环形壁、火山口沉积物、火山筒和馈浆通道组成的系统。 7、 泥火山(Mud volcano):泥火山是泥漿与气体同时喷出地面后,堆积而成。其外型多为锥狀小丘或者是盆穴狀,丘的尖端部常有凹陷,並由此间断地噴出泥漿与气体。 [8] 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 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。 火山碎屑是火山喷出的岩浆冷凝碎屑以及火山通道内和四壁岩石碎屑。 火山碎屑按大小分为大于鸡蛋的火山块,小于鸡蛋的火山砾,小于黄豆的火山砂和颗粒极细小的火山灰; 按形状分为:纺锤形、条带形或扭动形状的火山弹,扁平的熔岩饼,丝状的火山毛; 按内部结构分为:内部多孔、颜色较浅的浮石,泡沫,内部多孔、颜色黑、褐的火山碴。 被喷射到空中的火山碎屑,粗重的落在火山口附近,轻而小的或被风吹到几百千米以外沉降,或上升到平流层随大气环流。火山喷发时灼热的火山灰流与水(火山区暴雨、附近的河流湖泊等)混合则形成密度较大的火山泥流。火山灰流和泥流都带有灾害性。 火山锥的基本类型有3种。全部或基本上是多层基性熔岩构成的是熔岩锥,它形状扁平、坡度缓(2°~10°),顶部有碗状火山口。其中规模巨大的叫盾形火山。全部由火山碎屑组成的是碎屑锥。其平面近似圆形,坡度约30°,顶部有一个漏斗状火山口。由熔岩和碎屑互层构成的叫复合锥,也叫层状火山锥。其坡度大多超过30°,形状比较对称,上部多熔岩,下部和边缘主要是火山碎屑。火山口呈碗状或漏斗状。有些火山锥坡上还有小型火山锥,其通道与主火山锥的通道相连,无独立的岩浆源。这种小型火山锥称寄生锥。 火山的活跃程度可以大致分为三种:活火山(地底岩浆库存在且正在活动)、休火山(地底岩浆库存在但暂不活动,也称睡火山)及死火山(地底岩浆库已不存在,已无任何活动)。火山学家目前对如何界定以上三种火山尚无结论。因为火山的活跃周期非常不固定,短至数天,长至数百万年。而且有些火山只有非爆发性的活动,例如地震、气体溢散等。 后火山作用火山活动终止之后,地底下仍然有残留的热能。这些余热加热地底下残留的气体,使地底下累积之蒸气压力增大。最后在某些特定地点,如火山口或断层附近爆破地面而出,造成爆裂口。例如台湾阳明山国家公园的小油坑即是一个爆裂口。在爆裂口内常有喷气孔、硫气孔和温泉的存在。气体及受热地下水也有可能沿着断层裂隙冲出地表,直接形成喷气孔或温泉。这些现象称为后火山作用。 火山熔岩火山喷发,许多炙热的碎片性物质随之向外抛出,依其大小的不同,计有活山块(Blocks)、火山弹(Bombs)、火山岩烬(Scoriae)、火山砾(Lapilli)、火山灰(Volcanic ash)火山尘(Volcanic dust)等,这些炙热的碎片性物质并不是皆由硬岩碎裂所形成的,其中有许多是由熔化?荦痔巧馍腔痕踬薽嵝陶t凝固所成,炙热的碎片物沉淀于地表后,具有渗透性质易于透水,故其前缘可有泉水露出。 火山灰阵由伏尔坎宁氏及皮连氏火山喷发出来的物质中有大量的火山灰,称为灰阵(Ash showers),灰阵体积较小,可以降落于距火山口较远的区域。 1886年纽西兰的塔拉维拉(Tarawera)火山灰阵在火山口方圆三十哩内所降落者为浮石火山粒(Pumiceous lapilli)。火山灰阵于降落地面之后,将原来的地面掩盖,但原来起伏甚大的地形仍隐约可见;火山一般喷发物的凝结层多孔隙,易于透水,故不易在其上发育河流,不过火山灰阵物质细小,不易透水,在地表上可以形成纤细的水系,经常其冲刷可成恶地形。 火山泥流火山喷发时常有泥流(Mud flow)伴生。火山泥流的发生,主要是因为: 栓塞穹隆火山喷发时若其中有许多安山岩质的酸性熔岩,具有什大黏性,则当它向外喷发时不易外流,而在火山口做环状堆积,或使表层岩石隆起成穹隆,这种拱起地形叫做栓塞穹隆,或称火山栓(Plug domes)。 若隆起的穹窿顶部有类菌状,称为积状穹窿(Cumulo-domes or tholoids)。若隆起的穹窿顶部有类菌状,称为积状穹窿(Cumulo-domes or tholoids)。栓塞穹窿和火山颈(Volcanic neck)不同,因为前者是由岩浆冲入火山口或是冲至火山口以上堆积凝结而成,故当它生成之初即成隆起,而火山颈是先在火山暗隙中垂直凝结而成,经过长期风化侵蚀之后,始行露出地表。[7] 在野外观察岩浆喷发的出口,可以大致分为「火山口」、「火山臼」与「沉陷火山口」三种形貌。 现在的科学发现表明,在许多行星和卫星上都有火山。在太阳系中现在有确实证据证明仍有火山活动的是地球和木星的卫星埃欧(木卫一)。地球上的火山活动平均每年大约有50多次。但是其中大部分都是在海底和人迹罕至的群山中,因此对人类产生影响的火山活动感觉上很少。
俄罗斯堪察加半岛的亚娃钦斯基-科里亚斯基火山群 (Avachinsk-Koryaksky) 月球没有火山活动,但仍具有许多曾有火山活动的特征,诸如月海、月谷及拱丘等。金星的表面有90%是玄武岩,地表地形有80%为火山地形,表示在金星表面形成的过程中,火山扮演了非常重要的角色。金星可能在5亿年前有过 全星球的表面再造运动,科学家发现的证据包括表面陨石坑的密度等。熔岩流在金星可说是非常普遍,而且各种不在地球上出现的火山作用也在金星上出现。金星大气层组成的变化及闪电的发生,被认为是因进行中的火山喷发而造成。但目前没有任何的确切证据能说明金星的火山是否仍然活跃。 埃欧上的熔岩流观测发现,火星上有一些死火山,包括四座巨大的盾状火山,比地球上任何一座山都来的巨大。这些山包括了:阿尔西亚山、艾斯克雷尔斯山、赫克提斯山、奥林帕斯火山及帕弗尼斯山。美国国家航空航天局、欧洲航天局及意大利太空总署(Italian Space Agency)合作发射了火星探测太空船,‘火星快车号’。这个计划的主要目标是要寻找地下水源和合适登陆的地点,并研究火星的大气层、行星结构和地质构造。这个计划发现了一些证据,显示奥林帕斯火山可能尚未完全熄灭。这可能推翻“这些火山早在数百万年前就已成为死火山”的说法。 木星的卫星埃欧是太阳系中火山活动最剧烈的星体,原因是来自它与木星、木卫二及木卫三的潮汐力作用,这个力量使木卫一扭动、弯曲,幅度约100米,并在这个过程中产生能量。埃欧的火山会喷出硫磺、二氧化硫及硅酸盐岩石,使得整个卫星的地貌完全改变。埃欧的表面有大量的破火山口、硫湖、连绵不绝的火山山脉。 埃欧的火山所喷出的岩浆是目前已知最热的,温度约为1800 K (1500°C)。木卫一火山的喷发物可以射至极高处,离表面可达300公里以上,在喷发出的一刻,其速度可达每秒一公里。在2001年2月,太阳系中有史以来最大的火山活动在埃欧发生。来自圣路易大学及华盛顿大学的研究人员对木卫一上的火山喷发进行电脑模拟实验。实验结果显示,木卫一的火山所喷出的熔岩能将其表面的钠、钾、硅及铁等物质及化合物熔化、蒸发到大气中。这些气态物质与火山喷出的气体(含亚硫化物及氯化物)发生反应,形成了木卫一大气独特的组成成份:钠的氯化物、钾的氯化物及镁和铁的二氯化物。 土卫二上的冰火山木星的另一颗卫星,欧罗巴(木星的四颗伽利略卫星中最小者),也被认为拥有活跃的火山系统。但是它的火山“熔岩”组成完全是水,并且在欧罗巴寒冷的表面结冰。这使它的火山喷发时看起来就像是一个冻结的喷泉。这种型态的火山现在被称做冰火山(cryovolcanism),是类木行星的卫星上最常见的火山喷发形式。冰火山的喷出物可能由水、冰、液态氮及液态甲烷组成。 1998年,航海家二号太空船发现了海王星其中一个卫星,崔顿上的上的冰火山。在2005年,卡西尼-惠更斯号的探测器拍摄到了土星的其中一颗卫星,土卫二上的水蒸气喷发。卡西尼-惠更斯号也发现了土卫六上一座冰火山喷出液态甲烷的证据。这被认为是造成土卫六大气层中高甲烷含量的原因。科学家推论,古柏带天体中的小行星50000(Quaoar 50000)可能也有冰火山活动的存在。 灾害火山造成的灾害是产生了泥流堆积类似一般人所熟悉的土石流,是火山物质混杂大量的水所形成,其成因很多,主要可归纳为二种: 火山喷发后堆积在斜坡上未固结、松散的火山灰落堆积物、火山碎屑流堆积物和火山涌浪流堆积物,受到大雨冲刷或地震引起的崩塌,流入河流或湖泊内,都会形成火山泥流,此种机制所形成的堆积物,称为冷的火山泥流堆积(cold lahar)。 火山泥流堆积如土石流,不仅能淹没广大的区域,同时也能冲垮任何建物,如一九八五年哥伦比亚 Nevado del Ruiz 火山和皮纳吐坡火山的喷发,前者因喷发所引起的火山泥流,把整个河谷和城镇淹没,造成近二千五百人死亡;后者则是火山喷发后,所堆积的未固结火山灰受到豪雨的冲刷侵蚀,引发了火山泥流堆积,雎事前有所防患,未造成人员伤亡,但仍然淹没及冲毁广大区域,造成重大的财产损失。 益处火山的益处举凡火山地质、火山地形及后火山作用的地热和温泉,肥沃火山土壤,都带给人们相当多的益处。 火山作用对我们并非完全有害无益。例如岩浆只要能留在地表下,就是很好的地热来源。火山附近常有温泉或热泉,这就是因为岩浆散发出的热度使地下水变热而形成的。这种热源我们称为地热,规模大的可形成“地热田”。 火山作用的另一个好处是为我们制造陆地。地球表面大约有71%被海水所覆盖,海底火山经年累月不断地冒出岩浆,冷凝成岩石,如此长期堆积,直到有一天岩石高出水面形成岛屿。夏威夷群岛与冰岛就是这么形成的,至今,岛上还有活动火山不时喷出岩浆。 此外,火山爆发所形成的火山灰云层会在爆发后一段时间内影响该区阻挡太阳光,该区的平均温度亦因此下降,科学家认为火山爆发是地球天然的气候调整机制。 常见自然灾害收起
火山的类型收起
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