火山

地下深處的高溫巖漿及其有關的氣體、碎屑從地殼中噴出而形成,并具有特殊形態和機構的地質體。火山活動常以地震或氣體逸出作為先兆。噴發時,有的火山產生爆炸,大量氣體和塵埃從火山口中噴出混合形成高聳入云的“煙柱”,熔融巖漿小滴或熾熱巖石碎屑直射天空,有的噴出氣體很少,主要涌出灼熱的巖漿。噴發后期常見的現象是逸出氣體或出現溫泉。火山活動多具間歇性,寧靜期的長短不一。正在噴發的或在人類史上經常作周期性噴發的火山稱活火山,歷史無噴發記載且火山構造已遭嚴重破壞的火山稱死火山。年輕而形態完好,現在雖然不活動,但可能處于寧靜期火山稱休眠火山。噴出巖漿的成分、物理特性和通道的形態決定了火山噴發的特性和火山地形。地質構造則控制了火山的分布。火山噴發帶來了地殼內深處的物質和重要的信息,但強烈的火山噴發卻有災害性。

火山構造

火山噴出物在通道口堆積成的錐形山丘,叫火山錐(見圖)。

圖

山錐頂部漏斗狀洼地,即原火山噴口,稱火山口。巖漿噴出地表的通道,稱火山喉管。火山噴發停止后,被巖漿冷凝物充塞的火山通道,稱火山頸。巖漿在通道口冷凝形成的圓丘,叫巖穹。火山錐周圍常有放射狀、環狀裂隙系統,其中可填充巖墻。極少數火山無錐形,僅是一個淺平的洼地。

火山噴出物

有火山氣體、熔巖和火山碎屑。不同的火山噴出物并不完全相同,即使同一火山,不同時期的噴出物也有變化。

火山氣體

在火山活動的各個階段,一般都有氣體從火山口或火山錐坡的裂縫中逸出。火山氣體的主要成分是水蒸氣(70~90%),其次是二氧化碳(CO2)、二氧化硫(SO2)、以及微量的氮(N2)、氫(H2)、一氧化碳(CO)、硫(S)、氧(O2)、氯(Cl)等。氣體的比例隨火山及其噴發階段而變化。噴出氣體的溫度可達500~600℃,溫度從鹵化物—硫化物—二氧化碳依次降低。巖漿析出的水蒸氣或地下水受熱氣化成的水蒸氣沿裂隙上升,遇冷則在地表形成溫泉或噴泉。帕尼庫庭火山在1943年噴發期中僅一天就釋放出18000噸水。

熔巖

從火山口中噴到地面的巖漿。熔巖的氣體含量比巖漿少。熔巖按其中二氧化硅(SiO2)的含量分為酸性、中性和基性的。不同的熔巖的溫度、粘性和氣體含量等不同。酸性熔巖的 SiO2含量 >65%,溫度為800~900℃,粘性大而氣體多;基性熔巖的SiO2含量<52%,溫度為1000~1200℃,粘性小,氣體少;中性熔巖則介于這二者之間。熔巖的溫度和粘性決定了熔巖流動的速度。基性熔巖的流動速度一般為每小時幾公里,而快的可達每小時100公里。酸性和中性熔巖流動緩慢,每小時幾米,十幾米。熔巖在溝谷中則形成長舌狀,叫熔巖流;在平坦地面則鋪開成層,叫熔巖被。后者以基性的玄武巖最常見。層層相疊的熔巖被可構成面積廣、厚度大的玄武巖高原或平原。冰島拉基火山1783年噴發時,頭50天即噴出了10立方公里的基性熔巖。熔巖冷卻后的表面呈波狀、繩狀,以及塊狀。在水中冷卻時,灼熱熔巖則形成橢球狀或枕狀,叫枕狀熔巖。此外,由于冷卻收縮熔巖中常形成垂直冷卻面的裂隙,將熔巖分割成多面柱體,叫柱狀節理。

火山碎屑

由火山噴出的巖漿塊和小滴在空中冷凝成的,以及火山通道內和四壁巖石被炸碎而形成的火山拋出物。火山碎屑按大小分成:大于雞蛋的火山塊,小于雞蛋而大于黃豆的火山礫,小于黃豆的火山灰;按形狀分成:紡錘形、條帶形或扭動形狀的火山彈,扁平狀的熔巖餅,絲狀的火山毛;按內部結構分成:內部多孔、顏色較淺的浮石、泡沫,內部多孔顏色黑、褐的火山渣。被噴射到空中的火山碎屑,粗重的上升不高隨即回落到火山口附近,小而輕的可上升到平流層隨大氣環流,或被風吹至幾百公里之外沉降。當火山強烈爆炸性噴發時,火山氣體與灼熱火山灰或巖漿微滴相混合垂直上噴形成高大的蘑菇狀發光云,或形成斜向沖出貼近地面飛馳的灼熱火山灰流。其溫度可達800℃,時速100公里。火山灰流與水(火山區暴雨,附近的河流、湖泊)混合則成密度較大的火山泥流,從高處向低處奔瀉。火山灰流和泥流都帶災害性,它們可以沖毀掩埋道路、橋梁和村鎮(見火成碎屑巖)。

火山錐的類型

基本類型有熔巖錐、碎屑錐和復合錐 3種。熔巖錐全部或者基本上是多層基性熔巖構成的,形狀扁平而坡緩(2°~10°),頂部有碗狀火山口。規模巨大的熔巖錐叫盾形火山,其坡度比一般熔巖錐更緩。碎屑錐全部由火山碎屑組成,平面近圓形,坡度約30°,頂部有一漏斗狀火山口。復合錐是由熔巖和碎屑互層構成的,也叫層狀火山錐。其坡度多超過30°,形狀較對稱,火山錐上部多熔巖,而下部及邊緣主要是火山碎屑,火山口或為漏斗狀或為碗狀。火山錐坡上可以形成小型火山錐,其通道與主體火山錐的通道相聯,無獨立的巖漿源的叫寄生錐。

一座火山如果是由多條巖漿通道噴發形成的,叫復式火山。其前期形成的火山錐往往被后期噴發破壞改造,所以形狀變化大而構造比較復雜。

火山噴發類型

火山噴發類型按巖漿的通道分為裂隙式噴發和中心式噴發兩大類。

裂隙式噴發

又稱冰島型火山噴發。巖漿沿地殼中的斷裂帶溢出地表。噴發溫和寧靜,噴出的巖漿為粘性小的基性玄武巖漿,碎屑和氣體少。基性熔巖溢出后,形成廣而薄的熔巖被,或玄武巖高原。沿斷裂帶熔巖錐呈線狀排列。

中心式噴發

巖漿沿火山喉管噴出地面。根據噴出物和活動強弱又可分為下列幾種,其名稱用代表性的火山名或地名、人名命名。

(1)夏威夷型 巖漿為基性溶巖,氣體和火山灰很少。熔巖從火山口中溢出,火山錐體為盾形,頂部碗狀火山口中有灼熱熔巖湖,湖面有熔巖“噴泉”。

(2)斯特朗博利型 巖漿為較粘性的中-基性,氣體較多,具有中等強度的爆炸,噴出物主要是火山彈、火山渣和老巖屑,也有熔巖流。火山錐為碎屑錐或層狀錐。

(3)烏爾坎諾型 猛烈噴發的一種。粘性的或固體有棱角的大塊熔巖伴隨大量火山灰拋出,形成“煙柱”。熔巖流少或沒有熔巖流。形成碎屑錐或層狀錐。

(4)培雷型 巖漿為粘稠的中-酸性,多氣體,強烈爆炸,有迅猛的火山灰流。火山錐為坡度較大的碎屑錐,錐頂部為巖穹,經風化剝蝕后火山頸突出地面。

(5)普里尼型 粘稠巖漿在火山通道內形成“塞子”,一旦熔巖沖破“塞子”,爆炸特別強烈,產生高聳入云的發光火山云及火山灰流。錐頂為猛烈的爆炸所破壞的火山口。

(6)超烏爾坎諾型 通常無巖漿噴出,噴出物主要是巖石碎屑和火山灰、氣體,量不多,火山口低平。

(7)蒸氣噴發型 地下水被巖漿氣化,連續的或周期性噴出氣體。

火山分布

全世界有活火山516座,其中69座是海底火山,以太平洋地區火山最多。活火山主要分布在下列四帶中:

(1)環太平洋火山帶。火山集中分布在太平洋的東西岸以及南部島嶼上,活火山占全世界活火山的3/5;

(2)地中海-喜馬拉雅-印度尼西亞火山帶。這是橫亙歐亞大陸的火山帶,活火山占世界活火山的1/5;

(3)大洋中脊火山帶。火山分布在連貫各大洋的洋底中脊上;

(4)紅海-東非大陸裂谷帶。余下的火山星散在大陸內部及大洋盆地中。火山集中成帶是受全球板塊構造控制的(見板塊構造學)。

中國境內約有900座新生代的火山錐,以東北和內蒙古的數量最多,約600~700座。昆侖山北麓新疆于田縣的卡爾達兩火山于1951年噴發。中國主要火山帶有:臺灣-澎湖帶,長白山-遼東半島-山東半島帶,東南沿海帶(雷州半島、海南北部和浙東),小興安嶺-滄州帶,大興安嶺-大同帶,環西藏帶(藏北和滇西騰沖)。中國新生代火山錐以白頭山火山錐最大,錐底面積300多平方公里,相對高差1600米,錐頂有火山口湖,即著名的天池。其他的火山錐的規模都不大,多為中心式的層狀錐。

火山活動是一種宇宙自然現象。宇航探測發現月球、火星、金星、木衛一上均有火山活動,有的爆發強烈,火山錐的規模比地球上的還要大。如火星上的奧林匹斯火山高25公里,底徑65公里。

火山災害與預報

強烈的火山爆發有很大的災害性。據1500~1914年的統計,全世界死于火山災害的人數達190000人。1815年印度尼西亞坦博拉火山噴發,遇難人數達92000人。為了防止災害,預報火山活動需要收集下列資料:

(1)火山噴發的歷史記載;

(2)對火山區進行地質填圖,測定噴出物的同位素年代,研究火山在史前活動的規律;

(3)現場監測火山區的地震,地殼變形,以及磁場、電場和地溫變化;

(4)測定活火山噴出物質的成分和含量;

(5)從地面和空中對火山進行重復考查。根據上述資料綜合分析后才能較準確地預報火山活動。(見彩圖)

在噴發的埃特納火山
參考書目
  1. 久野久著,劉德泉、常子文譯:《火山及火山巖》,地質出版社,北京,1978。(久野久:《火山及び火山巖》,巖波書店,東京,1976。)
  2. Fred M.Bullard, Volcanoes of the Earth,Revised Edition, University of Texas Press, Austin and London,1976。

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