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火山喷发

 bk898 2014-07-25

火山喷发

火山喷发(volcanic eruption)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。是岩浆等喷出物在短时间内从火山口向地表的释放。由于岩浆中含大量挥发分,加之上覆岩层的围压,使这些挥发分溶解在岩浆中无法溢出,当岩浆上升靠近地表时,压力减小,挥发分急剧被释放出来,于是形成火山喷发。
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1 基本信息

  火山喷发是指火山从地面下经由一个通道,将气体、碎屑或岩浆喷出地表的过程。通常包括三个阶段:岩浆形成及初步上升、进入岩浆库(岩浆的储存处)及喷发。

1.1 喷发长短

  一些火山学家认为,一座火山的喷发可以分为:

  1、喷发脉波:一次持续数秒至数分钟的喷发

  2、喷发阶段:一次强烈的喷发脉波又引起了数次的喷发脉波

  3、一次喷发:由数个喷发阶段组成,持续时间由数天到数年不等

  而史密森学会(The Smithsonian Institute)的另一种分法,是以每两次喷发之间的静止期间来界定一次完整的喷发。两次喷发之间的间隔若超过三个月,那这两次喷发就分属于两次不同的喷发。

2 影响因素

2.1 岩浆的成分及流动性

  火山喷发的型态,受到喷出岩浆的流动性及挥发成分的量影响,有着很大的不同。挥发成分的量会影响岩浆的喷发力道。挥发成分越多,火山灰及熔岩就会被喷得越高,也就是会形成较大的爆发。岩浆流动性的指标,岩浆黏度主要是由岩浆中二氧化硅(SiO2)的含量火山喷发示意图火山喷发示意图(从50%到70%)与温度的高低来决定。二氧化硅越多或温度越低,岩浆就越黏,流动性也越低。另外喷出物的量越多,速度越快,被影响的区域也会跟着加大。

  1、岩浆流动性高而挥发性成分少:熔岩流不断流出,但不太会发生爆炸。例:夏威夷的冒纳罗亚火山

  2、岩浆流动性高且挥发性成分多:熔岩流以极高的角度喷出,有如喷泉一般。例:日本的三原山(伊豆大岛)

  3、岩浆流动性低且挥发性成分少:没有爆炸,熔岩流无法流得太远而堆积形成火山穹丘(或称熔岩穹丘)。例:日本的昭和新山

  4、岩浆流动性低而挥发性成分多:爆炸性的喷发。

  举例来说,玄武岩岩浆含二氧化硅成分少,挥发成分也相对少且温度高、黏度小。因此玄武岩岩浆流动性大,其喷发相对较宁静,多为岩浆的溢出,形成大面积的熔岩台地和盾形火山。而流纹岩和安山岩岩浆富含二氧化硅和挥发成分,其流动性差,因此火山喷发猛烈,爆炸声巨大,有大量的火山灰、火山弹喷出,常形成高大的火山渣锥,并伴有火山碎屑流和炽热火山云,往往造成重灾。

2.2 岩浆组成与火山形状的关联

  依照岩浆成分的不同,可以简单分为两种不同的喷发方式。

  宁静式喷发:由于黏滞性小,气体易散失,故不易爆发,而以溢流方式喷发。例如著名的夏威夷火山。

  爆裂式喷发:黏滞性大,流动不易,内部气体无法获得有效的散失,致使压力增大。当到达无法负荷时,便会以“爆炸”方式喷发。例如意大利维苏威火山

2.3 岩浆上升通道的特性

  1、裂隙式喷发:岩浆沿地表裂缝处溢流火山喷发火山喷发。广大的裂缝喷发会形成大片熔岩高原,称之为洪流玄武岩或高原玄武岩。例如:印度的德干高原

  2、中心式喷发:岩浆以火山口为中心向四周喷发,在压力的作用下,会形成猛烈的喷发。

  3、区域式喷发:一个区域中有大量火山喷发,形成大量的火山聚集。例如:中国的长白山,总共有164座火山分布在1000平方公里的范围内。

  4、融透式喷发:由于岩浆的高温,把岩浆库顶部的岩层熔化,使大量岩浆溢出地面。有时岩浆上升停留在浅处,没能熔化顶部岩层,而就地冷凝固结下来,使地面隆起成丘状,称为潜火山或地下火山,也叫次火山。目前这种火山已经不存在。

3 喷发地点

  火山喷发的地点,也对喷发的型态有所影响。火山喷发火山喷发特别是当水存在时,会有剧烈的变化。

  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,形成枕状熔岩是其特征。

  在浅海、湖泊、河川中,或是爆发过程中混合了地下水:猛烈的爆炸,称为水火山式喷发(hydrovolcanic eruption)或蒸汽喷发。

  在冰河下:与在深海中的结果相同,但若喷发使冰河融化,可能伴随大规模的洪水。

4 喷发类型

  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6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。

4.1 夏威夷式

  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”,夏威夷式火山喷发夏威夷式火山喷发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(Mauna Loa)的爆发为此种火山之范例。该种火山的喷发,可大略分为三个阶段:

  1、熔岩喷出期:第一阶段,共持续数小时,熔岩流堆积形成薄层的熔岩流或低丘。

  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。火山喷发已接近尾声。

  这种类型的喷发基本上不会有人员伤亡,但会造成农田村庄的损坏及财産损失。

4.2 史冲包连式(史汤玻利式)

  史冲包连式的喷发是以意大利的史冲包连火山史冲包连式火山喷发史冲包连式火山喷发(史汤玻利火山)为范本。其喷发特征为炽热的熔岩“喷泉”,其熔岩的黏性比夏威夷式要大,喷发时通常伴随着白色蒸气云。熔岩流厚而短,组成为玄武岩与安山岩。此种火山不断喷出红热的火山渣、火山砾和火山弹,爆炸较为温和。大部分的火山碎屑又落回火口,再次被喷出,其他的落到火山锥形成的坡上并滚下山坡。

4.3 伏尔坎宁式

  伏尔坎宁式的喷发是以意大利的伏尔坎宁火山为范本。伏尔坎宁式火山喷发伏尔坎宁式火山喷发这种形式的火山喷发出的熔岩,较史冲包连式火山的熔岩黏度更大,喷发更为猛烈。不喷发时,熔岩在岩浆库的出口处堆积,形成厚重的凝结外壳,气体会在其下聚集。

  当气体的压力增大到某个极限时,会发生猛烈的爆炸(有时足以摧毁一部分火山锥)。这个爆炸使阻塞物被炸开,一些碎片和熔岩组成的火山弹和火山渣会被喷出。同时会伴随含火山灰的“花椰菜状”喷发云,这种乌云在黑夜中非常黑暗。当火山口的“阻塞物”都被喷出后,就会有熔岩流从火山口或火山锥侧缘的裂隙中涌出。

4.4 培雷式

  培雷式喷发的范本是西印度群岛马丁尼克岛的培雷火山,在1902年的喷发。培雷式喷发的岩浆黏度很高,爆炸特别强烈。明显的特征为炽热的火山碎屑流,一种温度非常高的气体,夹杂大量的碎屑及岩石,沿着山坡向下移动,产生类似台风的破坏。

  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,但除了从火口中流出粘稠的熔岩外,其他地方没有熔岩流出的现象。

4.5 普林尼式

  普林尼式喷发是目前已知最猛烈的喷发型态。普林尼式普林尼式尽管与培雷式喷发有些类似,但它们是不同的。普林尼式喷发有两个最主要的特征,一是非常强烈的气体喷发(产生数十公里高的烟柱),二是喷发会伴随大量浮石的生成。普林尼式喷发的岩浆黏度非常高,火山碎屑物通常占总喷出物的90%以上。喷出物以浮石、火山灰为主,分布区域广大。喷发烟柱因重力牵引下降时形成大规模的火山碎屑流。仅喷出极少量的熔岩。由于爆发强烈及物质大量抛出,常形成锥顶崩塌的破火山口。“普林尼式喷发”这个名字是为了纪念古罗马的老普林尼。此种喷发的范本是西元79年维苏威火山的爆发,这次爆发使庞贝被埋在平均7米厚的浮石层之下。1980年5月18日美国圣海伦火山的爆发也是普林尼式。

4.6 冰岛式

  冰岛式喷发的火山通常是位于浅海中的火山。其玄武岩岩浆与海水接触,产生水蒸气爆炸,散布大量火山灰。冰岛式喷发可归类为水火山式喷发的一种。

5 造成危害

  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:

  热的火山碎屑流、熔岩流或火山涌浪流在流动的过程中,碰到大量的地表水,如河、湖水或雪而形成,因其形成时,温度可能还很高,故此种机制所形成的堆积物,称为热的火山泥流堆积(hot lahar)。

  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1985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2500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。

  火山喷发和人类的活动息息相关。火山作用具有毁灭性的破坏力,不仅造成人类财产的损失,更会危及人类与大自然动、植物的生命;如西元79年意大利维苏威火山爆发,大量的火山灰覆盖了邻近的庞贝城,导致庞贝城不到一分钟在历史上绝迹。到17世纪庞贝城才被世人发现,而且城中居民的尸体大部份也是保存得很完整。又如西元1991年的日本云仙火山的爆发,造成数千名居民无家可归,以及夺走了35条人命;皮纳吐坡火山的爆发,使得美国不得不放弃在西太平洋最大的海、空军基地等;1902年,马丁尼克的培雷山火山爆发,使得这个法国的殖民地,一度无法回复之前的繁荣。

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