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什么是火山?

 Purefact 2018-03-16



火山


volcanic



在生活中,你可曾亲身经历过火山,火山除了会给人类带来灾难还有什么其他的价值,火山的研究意义是什么呢?


什么是活火山?中国是否有活火山?中国火山的特点?火山有什么不同的类型?


2011年1月27日,日本雾岛山新燃岳火山喷发并升起烟云,有关部门已提高警戒级别


2014年9月28日 日本中部著名景点御岳山突然火山爆发,波及范围至少有3公里,一度造成当时在山顶附近等地的超过250名登山客受困


 2015年8月25日 法属留尼汪岛皮顿德拉富内兹火山喷发,岩浆喷涌而出


2010年4月15日 冰岛埃亚菲亚德拉冰盖火山喷发后,火山灰升入高空。冰岛火山灰迟迟不散 ,欧洲航空业面临10亿美元巨亏

 

黄石公园超级火山是指位于美国怀俄明州黄石国家公园的一座火山,其地质活动剧烈,200余万年以来,黄石火山发生过3次超大规模的爆发。黄石公园超级火山在未来会不会喷发,演绎超级火山的悲剧? 


可见,火山熔岩流和碎屑流、火山灰、超级火山喷发都会对人类活动和地球环境产生重大的影响。在新闻上我们常看到火山引发灾难,造成人类生产生活的损失,除此之外,火山的研究还有什么其他的意义和价值呢?这就要提及我们今年来热议的碳排放的问题。


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碳排放


COP21,2015年巴黎气候大会,已成为在法国举办的一次最大规模的国际性会议,共有196个国家参会。在《联合国气候变化框架公约》的基本框架下,共同探讨应对气候变化的举措,会上通过了气候问题的国际协议,使全球升温控制在2摄氏度以下。


自从《哥本哈根协议》以来,减少温室气体排放成为全球关注的议题与道德制高点。大气圈温室气体是自然因素和人类活动共同造成的。不仅要减少人类活动的温室气体排放;还要研究自然因素(包括火山等)对大气圈温室气体的贡献。因此,其中存在的科学问题是:火山活动对当前大气圈温室气体的贡献有多大?


 哥本哈根气候变化大会2009.12.07-18

 

火山喷发是地球自形成以来一直存在的一种地质作用。它参与了地球各圈层的形成和演化,火山喷发为人类物质文明的进步和现代工业的发展提供了许多重要的矿产资源。火山喷发还将地球内部的碳氢氧及其化合物分子带至地表,从而为地球的水圈、大气圈的形成以及生命的起源和演化提供了物质基础。


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什么是“火山”?

“火山”(volcano)这一名次来源于拉丁语vulcanusvolcanus,意指地壳上的一个开口,炽热的物质通过它被抛出而形成的山。


西方以罗马神话中火神武尔卡(Vulcan)的名字称呼这地下冒火的现象( The Roman’s god of fire, vulcano, lived in vulcano in the Lipari Islands )。中国 《山海经》 有“炎火之山”之说;《魏书》西域列传中记有“般悦国火山”;清代顾祖禹的《读史方与纪要》中,在河曲县下专列“火山”一节,记述为“火山,在县西五里,黄河东岸,山上有孔,以草投孔中,烟焰上发,可熟食。


 

什么是火山?火山是地下岩浆喷出地表形成的锥状、盾状及其它形状的山丘;既包括了火山的形态与特征,也包括岩浆的成因与运移,以及喷发的形式及产物,是一个完整的地质过程,一种重要的地质作用。



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火山的类型

根据火山活动状态分类:活火山(active volcano)、休眠火山(dormant volcano) 、死火山(extinct volcano)

 

狭义的活火山:正在喷发或历史时期及过去1万年以来有过喷发的火山。岩浆房仍具有活动特征,表现为异常的地震活动、与岩浆有关的水热活动及地表形变等。大多处于休眠状态,具有再次喷发的可能性。


 俄罗斯堪察加半岛卡丽姆斯卡火山

 

 2012年2月9日 意大利Etna火山喷发


 1980年5月18日 喷发的美国圣海伦斯火山

 

广义的活火山:最后一次喷发距今超过1万年。区内水热活动强烈,地震活动频繁,地表发生隆起,火山仍具有再次喷发的可能性。例如,最近一次喷发约为7万年前的美国黄石公园火山。

 

1990年 美国阿拉斯加堡垒火山喷发

 

著名的夏威夷火山,Kīlauea 熔岩进入到海水中

 

2014年9月在冰岛Holuhraun地区的熔岩流

 

 山尼拉贡戈火山的熔岩湖

除海底火山以外,全球共有1500余座活火山,其中包括534座在不同历史时期喷发过的火山。主要分布在环太平洋火山带、洋中脊火山带和洋岛、地中海-喜马拉雅火山带、东非裂谷火山带等。


 

休眠火山处于休眠状态的活火山。休眠火山具有再次喷发的可能性,但也可能长期“沉睡”。两次火山喷发之间的平静时期称为间歇(休眠)期。岩浆快速上升并喷出地表的时期称为喷发期。


休眠中的日本富士山火山

 

休眠中的墨西哥Colima火山


休眠中的意大利维苏威火山


 在被认为已经休眠了1万年后,阿拉斯加的四峰火山在2006年9月喷发了

 

死火山,人类历史时期(1万年以来)没有喷发记录的火山,被认为在可预见的将来不会再次喷发。火山的“死”和“活”是相对的,有些死火山可以“复活”。例如我国的五大连池火山区,大部分火山是10万年前喷发的,但老黑山和火烧山却在公元1719-1721年喷发。

 

非洲的乞力马扎罗山


 修建在死火山上的苏格兰爱丁堡城堡

 

美国新墨西哥州的船岩


 泥火山 ,火山期后或者构造运动的产物。


美国加利福尼亚的泥火山

 

沙火山,并非真正意义上的火山,一种沙土液化现象。强地震发生时,地壳的震动使地下深处含水的沙层强烈液化,液化的沙层沿一定的通道向地表形成的锥状体。


新西兰Christchurch地区地震后形成的沙土液化


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中国是否有活火山呢?

 李约瑟1954年在《中国科学技术史》中有这样一段话:“由于中国境内根本没有火山,因此,关于火山的一切资料就只能来自中国境外。”


但是,根据中国关于火山活动的历史记载,《太平御览》:“火山在定襄线五里”,记山西定襄火山喷发;魏收在《魏书·灵徽志》中记录了伊犁火山;王延德在《高昌行纪》中记录了吐鲁番火山;郁永河在《裨海纪游》中记录了台湾淡水火山;《徐霞客游记》中记录了云南腾冲打鹰山火山;西清在《黑龙江外纪》中记录了五大连池火山;吴振臣在《宁古塔纪略》中记录了五大连池火山;肖雄在《听园西疆杂述诗》中记录了新疆阿克苏火山。


中国典型活火山分布


全新世以来我国有过喷发的火山区有十余处,其中半数分布在东北境内。


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火山的结构与形态

火山的结构与形态,主要由岩浆房、岩浆通道、火山锥、火山口这四部分组成。岩浆房,火山喷发前岩浆滞留的场所,具有较低的地震波传播速度和较高的电导率。



残留的岩浆通道 —— 火山颈

 

菲律宾皮纳图博火山口湖

 

埃塞俄比亚Erta Ale火山熔岩湖


吉林长白山火山口 —— 天池


意大利维苏威火山口


 德国Eifel地区的玛珥湖,玛珥(Maar)式火山口


 裂隙式“火山口”,玄武质岩浆从狭长的裂隙中溢流而出

 

火山锥进一步划分为火山渣锥、盾状火山、熔岩穹窿。火山渣锥的喷发规模小,相对高度通常<300 m,直径一般小于2000="">


 美国亚利桑那州北部的火山渣锥

 

盾状火山的规模较大,通常与热点有关,主要由黏度较小的玄武质岩浆从火山口中缓慢溢流形成,火山锥的坡度较小,很少超过10°。

 

美国夏威夷的盾状火山

 

熔岩穹窿在内压的作用下,高黏度的中酸性岩浆被挤出火山口形成的穹窿状构造;常见于现代火山中,古老火山常因剥蚀作用而难以保存下来。


圣海伦斯火山的熔岩穹窿

  

复式火山,由熔岩与火山碎屑岩互层组成,往往形成坡度较陡的高耸山峰,组成复式火山锥的岩石成分变化较大,多为中酸性。

 

日本富士山火山

 

6

喷发类型

人们在长期观察火山喷发时,发现有许多种类的喷发。法国人拉克罗伊克斯在1908年提出四种主要的喷发类型:夏威夷式 (Hawaiian) 喷发 、斯通博利式 (Strombolian) 喷发、武尔卡诺式 (Vulcanian) 喷发、培雷式 (Peléan) 喷发。后来斯托帕尼使用普里尼式 (Plinian)这一术语来描述极端猛烈的爆炸式的喷发。


 中心式喷发

 

裂隙式喷发

  

夏威夷式喷发,以美国夏威夷岛的喷发为代表,其特点是很少发生爆炸,常常从山顶火山口和山腰裂隙溢出玄武质熔岩流,而且是稳定的,非间歇性释放熔岩。黏度较小的玄武质岩浆宁静和缓地溢出地表,形成面积广阔的熔岩台地。


夏威夷Kilauea火山喷发

 

斯通博利式喷发,位于西西里岛附近的风神岛上,该火山经常有喷发活动,从古代即被称为“地中海的灯塔”。其喷发特点是或多或少的定期中等强度喷发,是开放的岩浆柱顶部大的气泡或气泡群断续爆炸的结果。岩浆黏度较大,成分为玄武质或安山质,湓溢或爆发作用皆有,熔岩流短而厚,火山碎屑物质占30-50%。


印度尼西亚喀拉喀托火山喷发

 

武尔卡诺式喷发,位于地中海西西里岛附近的武尔卡诺岛火山喷发,以在数分钟至数小时间隔内多次重复的不连续喷发为特点。喷出的岩浆黏度很大,主要为中酸性安山质和流纹质岩浆,火山爆发强度大,火山碎屑物质占60-80%。


日本樱岛火山喷发

 

普里尼式喷发,这是指那些极端猛烈的爆炸喷发,以非常强有力的气体爆炸释放和高的火山屑喷发柱为特征。岩浆黏度极大,主要为中酸性流纹质和偏碱性的粗面质岩浆火山强烈爆发,火山碎屑物质占90%以上,常形成破火山口。


美国阿拉斯加堡垒火山喷发

  

培雷式喷发,该名字起源于西印度群岛马提尼克岛上的培雷火山1902年喷发,这是上世界最严重的火山喷发灾难之一。岩浆黏度极大,极富挥发份,火山爆发极为强烈,明显的特征是先喷出又厚又黏的大块熔岩,随后喷出炽热火山灰和火山灰颗粒,火山碎屑物质含量近100%。


 菲律宾马荣火山喷发

 

全球有大约70%的火山是在大洋水下喷发,往往不为人知,其中绝大部分又都集中在洋中脊地带。由于冰岛是大西洋中脊通过的地方,是人们唯一可以在陆地上观察到洋脊山脉形成过程和火山喷发状况的地方,因此冰岛式喷发有必要单独列出来。冰岛式喷发的特点是大量玄武质熔岩不是从中央火山口喷出,而是从裂谷的张性裂隙中喷出。

 

冰岛的熔岩

 

上述不同的喷发类型,大多是以某座火山的一次不同于其他类型喷发而命名的,但这并不表示一座火山喷发只存在一种喷发类型。恰恰相反,同一座火山在不同年代的喷发完全可以是不同类型的喷发。即使是一座火山的同一次喷发活动,也可以从一种喷发类型开始,以后又被另一种喷发类型所替代。


此外按喷出岩浆与气体(主要是水蒸气、CO2SO2H2S)和亚硫酸)比例的不同可以分为爆炸喷发、岩浆喷发、蒸气岩浆喷发、蒸气喷发及硫质喷气活动等。按火山和火山喷发地质构造位置的不同,又可以分出与板块俯冲作用有关的火山喷发、热点火山、洋中脊火山和大陆裂谷火山喷发等。


火山为什么会喷发?火山的喷发产物有哪些?成分又是什么呢?火山喷发能否预测?如何防御火山喷发的灾害?

下期揭晓


资料及图片引自:

1.郭正府,中国科学院地质与地球物理研究所,《火山学》课件;

2.刘若新. 火山与火山喷发[M]. 地震出版社, 2005;

3.维基百科。


美术编辑:张志越

校      对: 王润圆

公众号:中科院地质地球所

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