火山是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的,具有特殊形態(tài)的地質結構?;鹕娇梢苑譃樗阑鹕胶突罨鹕?。火山爆發(fā)是一種很嚴重的自然災害,它常常伴有地震?;鹕絿姲l(fā)會對人類造成危害,但它也帶來一些好處。例如:可以促進寶石的形成;擴大陸地的面積(夏威夷群島就是由火山噴發(fā)而形成的);作為觀光旅游考察景點,推動旅游業(yè),如日本的富士山。專門研究火山活動的學科稱為火山學。
在地殼之下100至150千米處,有一個“液態(tài)區(qū)”,區(qū)內存在著高溫、高壓下含氣體揮發(fā)成分的熔融狀硅酸鹽物質,即巖漿,它一旦從地殼薄弱的地段沖出地表,就是火山噴發(fā),而噴出的巖漿在地面上冷卻后就形成了火山?;鹕交顒映30殡S有地震活動。[1]
火山是一個地質概念,是由固體碎屑、熔巖、流或穹狀噴出物圍繞著其噴出口堆積而成的隆起的丘或山?;鹕絿姵隹谑且粭l由地球上地幔或巖石圈到地表的管道,大部分物質堆積在火山口附近,有些被大氣攜帶到高處而擴散到幾百或幾千公里外的地方。 現(xiàn)代火山噴發(fā),一方面可造福于人類,為人類提供沃土、空氣、礦產、建材、能源和其他資源;另一方面,又常給人類帶來災難和痛苦?;鹕絿姲l(fā)物,如火山灰、熔巖流、火山碎屑流以及與火山噴發(fā)相伴生的火山泥石流、地震、海嘯等均可造成巨大的災害,甚至帶來長期的災害后果,引起全球性的氣候變化,導致大區(qū)域性的災荒。[2]
火山并非是噴出“火”的山,它噴出的是一種高溫粘稠的物質,這種物質叫巖漿。火山爆發(fā)時景象異常壯觀。平時,死死被地包在地殼里巖漿,由于其溫度極高,又承受著地殼的巨大壓力,所以一遇地殼較薄的地方或有裂隙,巖漿就猛烈地沖出地面。
當火山爆發(fā)時,伴隨著驚天動地的巨大轟鳴,石塊飛騰翻滾,熾熱無比的巖漿像條條兇殘無比的火龍,從地下噴涌而出,吞噬著周圍的一切,霎時間,方圓幾十里都被籠罩在一片濃煙迷霧之中。有時候,由于火山爆發(fā),還能使平地頃刻間矗立起一座高高的大山,如赤道附近的乞力馬扎羅山和科托帕克希山就是這樣形成的;有時候,又能在瞬間吞掉整個村莊和城鎮(zhèn)。
火山的形成是地表下面,越深的地方,溫度就越高,大約在20英里深處,溫度之高足以熔化大部分巖石。巖石熔化時,就會膨脹而需要更多更大的空間。這種被高溫熔化的物質便會沿著隆起造成的裂縫上升。當熔巖槽里的壓力大于它上面的巖石的壓力時,便向外爆發(fā)而形成一座火山。[3]
地球表面的巖石圈可分為若干個大板塊,各板塊間存在相對運動:一是擴張,一是隱沒。地球內部的溫度很高,巖漿老是想逃出去。平時,地底下的巖漿被地殼緊緊包住,遇到地殼結合得比較脆弱的地方,巖漿就沖出地面,造成火山噴發(fā)?;鹕交顒佣喟l(fā)生在板塊交接的地方或其附近?;鹕椒譃?a target="_blank" >活火山、死火山和休眠火山。 [4]
地球上有以下幾個火山帶:環(huán)太平洋火山帶,分布著300多座活火山,約占全球總數的60%;亞歐大陸南部火山帶,有10余座活火山;東非裂谷帶等。各大洋還有海底火山。[5]
中國的火山地質景觀主要分布在東北北部山區(qū)、內蒙古高原、華北山地、長江下游、閩浙沿海、雷州半島、海南島、臺灣、澎湖列島及滇西等地。全國現(xiàn)有火山1060座。僅東北地區(qū)就有火山45處,800多座。其中絕大部分為死火山,只有少數近期有活動,活火山只有7處。火山分布集中的地區(qū)主要有:
(1)東北地區(qū)及內蒙古東部火山
東北地區(qū)瀕臨環(huán)太平洋火山帶,第三紀以來,經歷了多期巖漿活動。區(qū)內火山數量之多,熔巖規(guī)模之大,火山景觀之典型,均居全國首位。它們主要出現(xiàn)于東北平原的外圍,其中有的是近200多年前才噴發(fā)形成,火山及熔巖地貌保存極佳,被稱為“火山博物館”。東北地區(qū)火山共有5個新生代火山帶,11個火山群。5個火山帶是:①密山—敦化火山帶,包括東寧—長白火山帶、依蘭—舒蘭火山帶;②興安火山帶:包括大興安嶺火山帶、小古里河—科洛—五大連池火山帶;③小興安嶺火山帶。
吉林省火山主要有三個群體:長白山火山群,輝南縣東南的龍崗火山群和伊通火山群。由于噴發(fā)時代不同,形成的景觀類型也有差異。長白山火山群中的白云峰,海拔2691m,是一座雄偉而優(yōu)美的火山錐體。龍崗火山群是中國火山口密度最大、最典型的地區(qū)?;鹕綌盗砍^200多座,在火山體之間,鑲嵌著8個璀璨的火山湖。
伊通火山群是位于松遼平原東部,在新第三紀形成的基性火山熔巖錐,它們多呈平地拔起、雄偉壯麗的火山造型。
黑龍江近代火山保存完好,許多火山具有旅游觀賞價值。著名的五大連池、鏡泊湖等,都是火山活動形成的典型熔巖地貌。鏡泊湖是因火山熔巖堵塞牡丹江而形成的堰塞湖。附近熔巖流動留下了6個熔巖洞穴。五大連池由14座火山錐組成,其中老黑山和火燒山,是中國最新、保存最完整的火山地貌景觀。老黑山由熔巖和火山砂組成,中間火口呈漏斗狀,深140m?;馃綄俦ㄐ蛧姲l(fā)。山下保存了大面積最珍貴的噴氣錐和熔巖流動形成的不同規(guī)模臺地。臺地上有多種造型的原始熔巖流動構造,有的熔巖破碎后形成大面積石海,有的熔巖在溝谷流淌時形成多叉的熔洞,甚為奇特壯觀。如仙女宮和白龍洞,最長可達365m。
大興安嶺火山群,是中國火山分布最多的火山群,其中阿巴嘎旗火山群最集中,有204個錐體。大禿葫蘆是本區(qū)最新的一座火山,形成火口湖。阿爾山火山群在在興安嶺腹地,有火山44座,大片熔巖臺地,8個火口湖和6個熔巖堰塞湖,保存著原始火山和森林自然景觀。
大興安嶺西部的輝河火山群、綽爾火山群、阿爾蓋寶力格火山、達里火山群已屬于內蒙古自治區(qū)境內。
東北地區(qū)重點火山旅游區(qū)有:五大連池火山群、鏡泊湖火山群、科洛火山群、牡丹峰火山群、長白山火山群、龍崗火山群、伊通火山群、諾敏河—畢拉河火山群、綽爾河火山群、哈拉哈河火山群、寬甸火山群。
(2)臺灣及東南沿海地區(qū)火山
臺灣是中國火山活動最集中、最強烈的地區(qū)之一。自臺灣東北的赤尾嶼、黃尾嶼、釣魚島,經北部的大屯火山群,到南部海洋中的火燒島、蘭嶼一帶,共有火山70余座,組成兩列火山島鏈。臺灣北部的火山,形成兩大著名的火山群,即大屯火山群和基隆火山群。大屯火山群最高峰七星山,源源冒出地熱與硫磺。臺南、高雄、屏東等地還分布有17座泥火山。
福建省福州地區(qū)地處環(huán)太平洋火山噴發(fā)帶西緣地段,有許多火山口遺跡,有的多年積水,已形成“天池”,如福州峨眉、羅源西山等地的天池,均很著名。特別是福建風跡等地的火山口,規(guī)模巨大,火口直徑2.5~3公里,噴發(fā)和波及范圍40平方km以上。
廣東省西樵山、雷州半島、湛江市湖光巖都有火山熔巖、火山湖之類景觀。雷州半島和海南島北部約有100座火山,其中以馬鞍山、筆架山和湖光巖為代表。湛江市湖光巖為我國三大火口湖之一,湖面積約2.4平方km,并有許多古跡和勝景。硇洲島位于湛江市東南,屬地質史上的火山地形區(qū),面積56平方km。
閩、粵二省是中國東部火山遺跡最多的地區(qū)之一。劇烈的地質活動也形成了豐富的地熱資源,如著名的福州溫泉即是一例。
海南省??谑协偵娇h西北馬鞍嶺,為一火山口,周圍有火山群。馬鞍嶺有72條熔巖道,其中臥龍洞長達3km,高7m,寬10m,景色奇麗。
此外,在雷州半島西北不遠處的廣西自治區(qū)潿州島,是中國最年輕的火山島,著名的旅游勝地,也是極好的教學、科研基地。
東南沿海一帶著名的火山及熔巖還有浙江桃渚火山、天臺縣塞巖和明巖、莫干山、雁蕩山、南雁蕩山等。雁蕩山、南雁蕩山、莫干山屬于中生代流紋巖地質景觀,以雁蕩山最為典型。
在垂直節(jié)理發(fā)育的情況下,形成了一些造型奇特的石峰、石柱和洞穴。浙江東部三門灣和臺州灣之間的桃渚風景區(qū),是一座天然火山地質博物館,有罕見的火山構造遺跡、熔巖峰林、石林和洞林景觀。
(3)云南騰沖地區(qū)火山
位于云南西部高黎貢山西坡的騰沖火山區(qū),是著名的火山分布地區(qū)之一。約有40余座火山、80余處溫泉分布于縣城周圍。打鷹山是其中火山錐最完整的一座新火山,為中國罕見的高大火山。火口直徑300~500m,深94m。此外還有馬鞍山、太空山、小空山和黑空山等。騰沖地熱田是中國大陸上唯一與火山活動相關的高溫地熱田,全區(qū)共有62個水熱活動區(qū),最著名的有熱海熱田、瑞滇熱田等。水熱活動密度大,純度高。
(4)大同火山群
山西大同也是我國火山集中區(qū)之一,有火山30余座,著名的有閣老山、黑山、老虎山、牌樓山及胎火山分布區(qū)等。火山錐體完整,是專業(yè)考察的重點地區(qū)之一。
(5)新疆和田縣火山群
新疆和田縣卡達西爾火山群,位于昆侖山北坡東蘇巴什以南,克里雅河附近。據調查,至少有11座形態(tài)完整的火山和幾十座子火山,熔巖面積達250平方km。整個火山群處于海拔4600m以上,是世界最高的火山群之一。火山熔巖形成的微地貌千姿百態(tài),奇麗非凡。熔巖堵塞河流,形成兩個堰塞湖。1951年5月27日,阿馬帕下火山突然噴發(fā),持續(xù)數日,使錐體高達145m,這是中國大陸最新噴發(fā)的火山之一。
除上述火山之外,中國還有許多火山遺跡,如淮河流域嘉山女山湖附近有9座古火山口,安徽廬江火山巖、浮山火山巖景觀,江西鷹潭火山巖盆地景觀以及江蘇南京六合子山、廣東佛山王借崗、福建澄海牛首山、四川峨眉山金頂等地的玄武巖石柱等火山巖地貌景觀也各具特色。[6]
火山(Volcano)的名詞來自意大利的“Vulcano”,原是意大利地中海內利巴里群島(Lipari Islands)一個火山的名稱,后來成為火山代名詞。 而Vulcan在古羅馬文字中指『火神』。火山是由火山口噴發(fā)堆積而成的高地。
板塊構造學說主張板塊的運動,是由于地球內部軟流圈的熱對流造成的。而當板塊互相推擠,密度較大的一邊會下降到另一邊下方,稱作隱沒,而發(fā)生隱沒的帶狀地區(qū)稱為隱沒帶或聚合性板塊交界。地底的高溫會將隱沒的板塊熔融,形成巖漿。巖漿借由浮力緩緩上升,最后聚集成為巖漿庫,就是火山底部儲存巖漿的場所。而當巖漿中的氣體壓力累積到一個程度,火山就爆發(fā)了。例如:環(huán)太平洋地區(qū)的火山,大多為此種火山。 有些火山分布在板塊的張裂性交界上,也就是兩個板塊分離的帶狀地區(qū)。在這種地區(qū),高溫的地函物質會上升,形成海底火山山脈,稱作中洋脊。
熱點的移動形成火山島鏈還有一些火山并不位于板塊的交接處,例如美國黃石復式破火山口及夏威夷群島?;鹕綄W家稱這些火山是坐落于“熱點”上。目前熱點的作用機制尚不清楚,但科學家普遍認同熱點是由地函底部上升的“熱柱”造成。當板塊在熱點上做水平移動時,便有一連串的火山生成。這樣作用連續(xù)發(fā)生后,會造成一系列的火山島群,而離熱點越遠的火山其生成年代越老。
世界上最主要的火山帶,系環(huán)繞太平洋的邊緣分布,號稱「火環(huán)」(Ring of Fire),計自南美洲安地斯山脈的智利起,向北經秘魯、中美洲墨西哥、美國西部卡斯凱德山脈(Cascade range)、西北行至阿留申群島、堪察加、千島群島、日本、琉球、臺灣、菲律賓、西里伯斯、新幾內亞、所羅門群島(Solomon Is.)、新喀里多尼(New Caledonia)、及紐西蘭等。這一條火環(huán)大致和環(huán)太平洋的地震帶相一致,可稱為地殼活動帶(Mobile Belt of Earth Crust)。除這一條主要火山地帶外,尚有其它六區(qū):
太平洋島嶼區(qū)︰包括夏威夷群島、及南美外海的加拉巴哥斯群島(Galapagos Is.屬厄瓜多爾)、侏恩費南迪諸小島(Juan Fernandez Isles,屬智利)。
南洋赤道區(qū)︰包括帝文、爪哇、巴里及蘇門達臘諸島。
印度西側︰阿拉伯地區(qū)、馬達加斯加島及東非洲裂谷火山群。
地中海帶︰由土耳其極東的阿拉雷特峰(Mt.Ararat)起,向西經意大利至大西洋上的亞速爾群島、坎奈群島(Canary Is.)等。
西印度群島火山群。
冰島及法羅群島等零星地區(qū)。[7]
夏威夷式(Hawaiian phase) | 此火山的噴發(fā)物為大量基性熔巖流,爆裂活動較少,熔巖自火山口流出,沿火山裂縫的斜坡向下慢流,形成火山巖燼。1942年夏威夷的末納洛亞(Mauna Loa)火山的爆發(fā)為此種火山范例。據麥克唐納(GA Macdonald)的描述,該火山的噴發(fā),分三階段: 熾熱熔巖噴出期:第一階段,共持續(xù)數小時,熔巖流堆積形成薄層的熔巖流或低丘。 熔巖漫流期:本期火山口中仍陸續(xù)有熔巖流出,使熔巖層及低丘繼續(xù)加厚。 噴氣期:本期火山已成強弩之末,只有氣體出現(xiàn),數量亦銳減。 | |
史沖包連式(Strombolian phase) | 意大利西西里島以北有黎八里群島,史沖包力火(Strombo-li)為該島群火山之一;本式火山的噴發(fā)自有史以來一直未停,所噴出的基性熔巖流體較少,酸性碎片物質較多,在空中形成黑煙狀云,因經常有熾熱火焰噴出,故此火山有海上燈塔之稱。 | |
伏爾坎寧式(Vulcanian phase) | 伏爾坎諾亦為黎巴里群島火山之一,但它噴發(fā)的方式又和史沖包力火山不同,所噴發(fā)的物質富含黏性,一旦接觸空氣,易凝結成固體,故在兩次噴發(fā)之間,噴出的巖漿已凝結成硬殼,俟第二次噴發(fā)時又將凝成熔巖外殼沖裂成碎片,大量火山灰同大量氣體向上沖出,在空中形成黑色花椰菜狀云,這種烏云在黑夜易甚黑暗,表示云中物質并未白熱化,故缺乏亮光。 | |
培雷式(Peléan)。 | 培雷式噴發(fā)的范本是西印度群島馬丁尼克島的培雷火山,在1902年的噴發(fā)。培雷式噴發(fā)的巖漿黏度很高,爆炸特別強烈。明顯的特征為熾熱的火山碎屑流,一種溫度非常高的氣體,夾雜大量的碎屑及巖石,沿著山坡向下移動,產生類似臺風的破壞。在培雷式噴發(fā)中,欲向上逸散的氣體經常被火山口中的熔巖堵住,使壓力逐漸增大,最后產生爆炸。熔巖被火山灰含量很高的氣體推動而向外流出,但除了從火口中流出粘稠的熔巖外,其他地方沒有熔巖流出的現(xiàn)象。 | |
普林尼式 | 普林尼式噴發(fā)是目前已知最猛烈的噴發(fā)型態(tài)。盡管與培雷式噴發(fā)有些類似,但它們是不同的。普林尼式噴發(fā)有兩個最主要的特征,一是非常強烈的氣體噴發(fā)(產生數十公里高的煙柱),二是噴發(fā)會伴隨大量浮石的生成。普林尼式噴發(fā)的巖漿黏度非常高,火山碎屑物通常占總噴出物的90%以上。噴出物以浮石、火山灰為主,分布區(qū)域廣大。噴發(fā)煙柱因重力牽引下降時形成大規(guī)模的火山碎屑流。僅噴出極少量的熔巖。由于爆發(fā)強烈及物質大量拋出,常形成錐頂崩塌的破火山口?!捌樟帜崾絿姲l(fā)”這個名字是為了紀念古羅馬的老普林尼。此種噴發(fā)的范本是西元79年維蘇威火山的爆發(fā),這次爆發(fā)使龐貝被埋在平均7米厚的浮石層之下。1980年5月18日美國圣海倫火山的爆發(fā)也是普林尼式。 | |
冰島式 | 冰島式噴發(fā)的火山通常是位于淺海中的火山。其玄武巖巖漿與海水接觸,產生水蒸氣爆炸,散布大量火山灰。冰島式噴發(fā)可歸類為水火山式噴發(fā)的一種。 |
玄武巖泛流噴發(fā)(洪水玄武巖):巖漿沿一個巨大的裂隙或裂隙群上升,噴出地表。巖漿以玄武巖為主,通常形成熔巖高原。因為玄武巖巖漿之流動性大,且熔巖噴出量大,少有爆發(fā)的情況。此種噴發(fā)在地形平坦處看似洪水泛濫,到處流溢、分布面積廣,因而得名。參見玄武巖泛流噴發(fā)。
超級火山(Supervolcano):巨型火山幾乎無巖漿的爆炸性噴發(fā),火山碎屑占總噴出物的75%至100%。通常形成巨大的破火山口。此種噴發(fā)產生的大量碎屑物質可能影響全球的氣候變遷,會造成大量財物損失及傷亡。例如:黃石國家公園的破火山口即是一例。
氣體噴發(fā)(或稱湖泊噴發(fā),Limnic eruption):噴出物只有氣體,完全不含其他物質。目前已知會進行氣體噴發(fā)的只有非洲的三個湖泊,1986年喀麥隆尼歐斯湖的噴發(fā)是一個典型的例子。
2、火山渣錐 Cinder cones (scoria cones):火山渣錐是玄武巖碎片堆積而成的山丘,噴出氣體攜帶熔巖滴進入大氣,然后在火山口附近降落,而形成火山錐。熔巖滴通常在飛行中間,降落地面之前已經是固態(tài)的或部分固態(tài)的,稱之為火山彈。如果氣體壓力下降,最后階段的可能是熔巖流沖出渣錐的底部,如果熔融巖漿中具有充裕的水,它們的相互作用將形成瑪珥湖(低平火山口)而不是火山渣錐。 噴發(fā)時間越長,火山錐越高。一些火山錐只有幾米高,而一些如墨西哥的Paricutin火山,從1943年到1952年連續(xù)噴發(fā),火山錐高達610米,隨著火山碎屑活動,熔巖流從其底部流出,摧毀了Paricutin村. 火山渣錐可以單獨存在,也可以組成小的或大的群,或火山場。
3、復合型火山(層狀火山) Composite Volcanoes(Stratovolcanoes):復合型火山為多次噴發(fā)所建造,其復發(fā)周期可以是幾十萬年,也可以是幾百年。形成復合型火山的最經常的是安山巖,但也有例外。雖然安山巖復合型火山錐主要由火山碎屑組成, 有些巖漿侵入使錐體內部破裂而形成巖墻或巖床。這樣多次侵入形成的巖墻或巖床將碎石編織成巨大堆積。這樣的構造可以比單獨由碎屑物構成的火山錐高 。由于其太高,有可能使其太陡、不穩(wěn)定而在重力作用下垮塌。地球上一萬年來已知1,511 火山噴發(fā),其中699座為層狀火山。 地球上最高的火山為層狀火山——智利的Nevado Ojos del Salado火山高 6,887 m.歷史上噴發(fā)過的最高的火山為高6,739 m 的Llullaillaco火山, 二者都在北智利安第斯山脈。 圣海侖斯火山為Cascades最年輕的層狀火山,同時也最活動,地質學家識別出過去3500年35層噴發(fā)的火山灰。 Shasta火山是Cascades最大的層狀火山。
4、熔巖穹丘(Domes):熔巖穹丘是高粘滯性、富硅巖漿緩慢擠出而形成的,大部分熔巖穹丘比較小,但可能超過25立方公里。穹丘擠出可以相當緩慢的熔巖運動而終結,也可能開始爆炸,擴展成為火山碎屑所覆蓋的坑。
5、破火山口(Calderas):一種在火山頂部的較大的圓形拗陷,其直徑往往大于1英里。通常是巖漿回撤、火山自身塌陷時形成,或淺部巖漿囊噴發(fā)而形成的。大量巖漿的撤退可能是由于其構造支撐的喪失而造成的。在西班牙語中Caldera 意為罐或大鍋,在Canary島原來指鍋底狀的拗陷,而不管其成因。 破火山口直徑可達8-16公里,而火山口直徑通常不超過1-1.6公里,主要是在火山噴發(fā)期間由于爆炸而挖掘出來的。
6、低平火山口(瑪珥湖 Maar):瑪珥的英文“maar”來源于拉丁文“mare”,即海的意思,使德國萊茵地區(qū)的人們對湖泊、沼澤的稱呼。1921年德國科學家Steininger把maar定義為一種火山類型?,旂硎怯蓭r漿水汽相互作用發(fā)生爆炸而形成的。在地表下形成了深切到圍巖的圓形火山口,并被一個低矮的碎屑環(huán)包圍?,旂硎且粋€由環(huán)形壁、火山口沉積物、火山筒和饋漿通道組成的系統(tǒng)。
7、 泥火山(Mud volcano):泥火山是泥漿與氣體同時噴出地面后,堆積而成。其外型多為錐狀小丘或者是盆穴狀,丘的尖端部常有凹陷,並由此間斷地噴出泥漿與氣體。 [8]
火山的形成涉及一系列物理化學過程。地殼上地幔巖石在一定溫度壓力條件下產生部分熔融并與母巖分離,熔融體通過孔隙或裂隙向上運移,并在一定部位逐漸富集而形成巖漿囊。隨著巖漿的不斷補給,巖漿囊的巖漿過剩壓力逐漸增大。當表殼覆蓋層的強度不足以阻止巖漿繼續(xù)向上運動時,巖漿通過薄弱帶向地表上升。在上升過程中溶解在巖漿中揮發(fā)份逐漸溶出,形成氣泡,當氣泡占有的體積分數超過75%時,禁錮在液體中的氣泡會迅速釋放出來,導致爆炸性噴發(fā),氣體釋放后巖漿粘度降到很低,流動轉變成湍流性質的。如若巖漿粘滯性數較低或揮發(fā)份較少,便僅有寧靜式溢流。從部分熔融到噴發(fā)一系列的物理化學過程的差別形成了形形色色的火山活動。
火山噴發(fā)的過程
火山噴出地表前的過程歸納為三個階段:巖漿形成與初始上升階段、巖漿囊階段和離開巖漿囊到地表階段。
1.巖漿形成與初始上升階段
巖漿的產生必須有兩個過程:部分熔融和熔融體與母巖分離。實際上這兩種過程不大可能互相獨立,熔融體與母巖的分離可能在熔融開始產生時就有了。部分熔融是液體(即巖漿)和固體(結晶)的共存態(tài),溫度升高、壓力降低和固相線降低均可產生部分熔融。當部分熔融物質隨地幔流上升時,在流動中也會產生液體和固體的分離現(xiàn)象,從而產生液體的移動乃至聚集,稱之為熔離。
2. 巖漿囊階段
巖漿囊是火山底下充填著巖漿的區(qū)域,是地殼或上地幔巖石介質中巖漿相對富集的地方。一般視為與油藏類似的巖石孔隙(或裂隙)中的高溫流體,通常認為在地幔柱內,巖漿只占總體積的5%-30%。從局部看,可以視為內部相對流通的液態(tài)集合。巖漿是由巖漿熔融體、揮發(fā)物、以及結晶體組成的混合物。
3. 從巖漿囊到地表階段
巖漿從巖漿源區(qū)一直到近地表的通路的上升,與巖漿囊的過剩壓力、通道的形成與貫通、以及巖漿上升中的結晶、脫氣過程有關。當地殼中引張或引張-剪切應力大于當地巖石破裂強度時,便可能形成張性或張-剪性破裂,如若這些裂隙互相連通,就可以作為巖漿噴發(fā)的通道。
一個地方能否形成火山主要在于是否具備以下條件:
1.部分熔融體的形成,必須有較高的地熱(自身積累的或外邊界條件產生的),或隆起減壓過程,或脫水而減低固相線;
2.巖漿在地殼中的富集,或巖漿囊形成的位置與中性浮力面的深度有關,而中性浮力面的深度又與地殼流變學間斷面有關;
3.巖漿囊中的物理化學過程,主要是結晶體、揮發(fā)物與流體的分額與相互作用,巖漿噴發(fā)起著促使、或抑制作用。地殼巖漿囊的存在起著攔截、改造地幔升上的巖漿的作用。它也是形成爆炸式火山噴發(fā)的重要條件。
4.巖漿囊的存在對巖漿通道的形成有促進作用,而構造活動產生的引張應力場是形成巖漿通道的主要原因。
5.巖漿離開巖漿囊后的上升受到壓力梯度與浮力的雙重驅動。
火山碎屑是火山噴出的巖漿冷凝碎屑以及火山通道內和四壁巖石碎屑。
火山碎屑按大小分為大于雞蛋的火山塊,小于雞蛋的火山礫,小于黃豆的火山砂和顆粒極細小的火山灰;
按形狀分為:紡錘形、條帶形或扭動形狀的火山彈,扁平的熔巖餅,絲狀的火山毛;
按內部結構分為:內部多孔、顏色較淺的浮石,泡沫,內部多孔、顏色黑、褐的火山碴。
被噴射到空中的火山碎屑,粗重的落在火山口附近,輕而小的或被風吹到幾百千米以外沉降,或上升到平流層隨大氣環(huán)流?;鹕絿姲l(fā)時灼熱的火山灰流與水(火山區(qū)暴雨、附近的河流湖泊等)混合則形成密度較大的火山泥流?;鹕交伊骱湍嗔鞫紟в袨暮π浴?/p>
火山錐的基本類型有3種。全部或基本上是多層基性熔巖構成的是熔巖錐,它形狀扁平、坡度緩(2°~10°),頂部有碗狀火山口。其中規(guī)模巨大的叫盾形火山。全部由火山碎屑組成的是碎屑錐。其平面近似圓形,坡度約30°,頂部有一個漏斗狀火山口。由熔巖和碎屑互層構成的叫復合錐,也叫層狀火山錐。其坡度大多超過30°,形狀比較對稱,上部多熔巖,下部和邊緣主要是火山碎屑?;鹕娇诔释霠罨蚵┒窢?。有些火山錐坡上還有小型火山錐,其通道與主火山錐的通道相連,無獨立的巖漿源。這種小型火山錐稱寄生錐。
火山的活躍程度可以大致分為三種:活火山(地底巖漿庫存在且正在活動)、休火山(地底巖漿庫存在但暫不活動,也稱睡火山)及死火山(地底巖漿庫已不存在,已無任何活動)。火山學家目前對如何界定以上三種火山尚無結論。因為火山的活躍周期非常不固定,短至數天,長至數百萬年。而且有些火山只有非爆發(fā)性的活動,例如地震、氣體溢散等。
火山活動終止之后,地底下仍然有殘留的熱能。這些余熱加熱地底下殘留的氣體,使地底下累積之蒸氣壓力增大。最后在某些特定地點,如火山口或斷層附近爆破地面而出,造成爆裂口。例如臺灣陽明山國家公園的小油坑即是一個爆裂口。在爆裂口內常有噴氣孔、硫氣孔和溫泉的存在。氣體及受熱地下水也有可能沿著斷層裂隙沖出地表,直接形成噴氣孔或溫泉。這些現(xiàn)象稱為后火山作用。
火山噴發(fā),許多炙熱的碎片性物質隨之向外拋出,依其大小的不同,計有活山塊(Blocks)、火山彈(Bombs)、火山巖燼(Scoriae)、火山礫(Lapilli)、火山灰(Volcanic ash)火山塵(Volcanic dust)等,這些炙熱的碎片性物質并不是皆由硬巖碎裂所形成的,其中有許多是由熔化?犖痔巧饃腔痕躓薽嶁陶t凝固所成,炙熱的碎片物沉淀于地表后,具有滲透性質易于透水,故其前緣可有泉水露出。
由伏爾坎寧氏及皮連氏火山噴發(fā)出來的物質中有大量的火山灰,稱為灰陣(Ash showers),灰陣體積較小,可以降落于距火山口較遠的區(qū)域。 1886年紐西蘭的塔拉維拉(Tarawera)火山灰陣在火山口方圓三十哩內所降落者為浮石火山粒(Pumiceous lapilli)。火山灰陣于降落地面之后,將原來的地面掩蓋,但原來起伏甚大的地形仍隱約可見;火山一般噴發(fā)物的凝結層多孔隙,易于透水,故不易在其上發(fā)育河流,不過火山灰陣物質細小,不易透水,在地表上可以形成纖細的水系,經常其沖刷可成惡地形。
火山噴發(fā)時常有泥流(Mud flow)伴生。火山泥流的發(fā)生,主要是因為:
火山噴發(fā)時火山灰降落在冰雪地面之上,促使冰雪溶化,其上的火山灰,伴同融水形成泥流。
在皮連云的沉積物上發(fā)生大雨,沖刷可成泥流。
河水和皮連云的沉積物相溷合,形成泥流。
火口湖乾涸,底部有火山灰沉積,經水沖刷成泥流。
火山泥流中的物質有漂石及細土,溷雜沉積,毫無層次,表面多隆起小丘,有類山崩堆積,泥流順山坡流動可達數十公里,且可淹沒村莊及小農田。
火山噴發(fā)時若其中有許多安山巖質的酸性熔巖,具有什大黏性,則當它向外噴發(fā)時不易外流,而在火山口做環(huán)狀堆積,或使表層巖石隆起成穹隆,這種拱起地形叫做栓塞穹隆,或稱火山栓(Plug domes)。 若隆起的穹窿頂部有類菌狀,稱為積狀穹窿(Cumulo-domes or tholoids)。若隆起的穹窿頂部有類菌狀,稱為積狀穹窿(Cumulo-domes or tholoids)。栓塞穹窿和火山頸(Volcanic neck)不同,因為前者是由巖漿沖入火山口或是沖至火山口以上堆積凝結而成,故當它生成之初即成隆起,而火山頸是先在火山暗隙中垂直凝結而成,經過長期風化侵蝕之后,始行露出地表。[7]
在野外觀察巖漿噴發(fā)的出口,可以大致分為「火山口」、「火山臼」與「沉陷火山口」三種形貌。
火山口(Crater)
這是最典型的火山口,為巖漿與其他火山物質噴發(fā)至地表的通道,火山口通常小于一公里,深度小于300公尺。
火山臼(Caldera)
又稱為破火山口、陷落火山口,平均直徑3000公尺至20公里,深度大于數百公尺。當巖漿大量的噴出或縮回地底時,火山口下方的巖漿量會明顯減少,這樣的減量將導致下方支撐力劇減,使得火山口崩陷,形成較原有火山口更大的凹陷,而后的侵蝕作用將使缺口凹陷更為明顯。若含氣量高的巖漿在地底下遇到大量地下水或海水,所造成的高熱蒸氣也能夠以爆破方式形成破火口。
沉陷火山口(Crater)
噴發(fā)的同時或之前在該地已有地殼下陷(可能是地殼沉陷入巖漿庫中)的現(xiàn) 象,常半生環(huán)狀巖脈(Ring dyke)。[8]
現(xiàn)在的科學發(fā)現(xiàn)表明,在許多行星和衛(wèi)星上都有火山。在太陽系中現(xiàn)在有確實證據證明仍有火山活動的是地球和木星的衛(wèi)星埃歐(木衛(wèi)一)。地球上的火山活動平均每年大約有50多次。但是其中大部分都是在海底和人跡罕至的群山中,因此對人類產生影響的火山活動感覺上很少。
地球上16個被選為“火山十年”觀測計劃的主要火山是:
俄羅斯堪察加半島的亞娃欽斯基-科里亞斯基火山群 (Avachinsk-Koryaksky)
墨西哥的科利馬火山
意大利的埃特納山
哥倫比亞的加勒拉斯火山
美國夏威夷州的冒納羅亞火山
印尼的默拉皮火山
剛果民主共和國的尼拉貢戈火山
美國華盛頓州的雷尼爾山
日本鹿兒島縣的櫻島火山
危地馬拉的圣塔馬利亞火山/圣地亞古多火山 (Santamaria/Santiaguito)
希臘的圣多里尼火山
菲律賓的塔爾火山 (Taal)
西班牙加那利群島的泰德峰 (Teide Peak)
巴布亞新幾內亞的烏拉旺火山 (Ulawun)
日本的云仙火山
意大利的維蘇威火山
月球沒有火山活動,但仍具有許多曾有火山活動的特征,諸如月海、月谷及拱丘等。金星的表面有90%是玄武巖,地表地形有80%為火山地形,表示在金星表面形成的過程中,火山扮演了非常重要的角色。金星可能在5億年前有過
全星球的表面再造運動,科學家發(fā)現(xiàn)的證據包括表面隕石坑的密度等。熔巖流在金星可說是非常普遍,而且各種不在地球上出現(xiàn)的火山作用也在金星上出現(xiàn)。金星大氣層組成的變化及閃電的發(fā)生,被認為是因進行中的火山噴發(fā)而造成。但目前沒有任何的確切證據能說明金星的火山是否仍然活躍。
埃歐上的熔巖流觀測發(fā)現(xiàn),火星上有一些死火山,包括四座巨大的盾狀火山,比地球上任何一座山都來的巨大。這些山包括了:阿爾西亞山、艾斯克雷爾斯山、赫克提斯山、奧林帕斯火山及帕弗尼斯山。美國國家航空航天局、歐洲航天局及意大利太空總署(Italian Space Agency)合作發(fā)射了火星探測太空船,‘火星快車號’。這個計劃的主要目標是要尋找地下水源和合適登陸的地點,并研究火星的大氣層、行星結構和地質構造。這個計劃發(fā)現(xiàn)了一些證據,顯示奧林帕斯火山可能尚未完全熄滅。這可能推翻“這些火山早在數百萬年前就已成為死火山”的說法。
木星的衛(wèi)星埃歐是太陽系中火山活動最劇烈的星體,原因是來自它與木星、木衛(wèi)二及木衛(wèi)三的潮汐力作用,這個力量使木衛(wèi)一扭動、彎曲,幅度約100米,并在這個過程中產生能量。埃歐的火山會噴出硫磺、二氧化硫及硅酸鹽巖石,使得整個衛(wèi)星的地貌完全改變。埃歐的表面有大量的破火山口、硫湖、連綿不絕的火山山脈。
埃歐的火山所噴出的巖漿是目前已知最熱的,溫度約為1800 K (1500°C)。木衛(wèi)一火山的噴發(fā)物可以射至極高處,離表面可達300公里以上,在噴發(fā)出的一刻,其速度可達每秒一公里。在2001年2月,太陽系中有史以來最大的火山活動在埃歐發(fā)生。來自圣路易大學及華盛頓大學的研究人員對木衛(wèi)一上的火山噴發(fā)進行電腦模擬實驗。實驗結果顯示,木衛(wèi)一的火山所噴出的熔巖能將其表面的鈉、鉀、硅及鐵等物質及化合物熔化、蒸發(fā)到大氣中。這些氣態(tài)物質與火山噴出的氣體(含亞硫化物及氯化物)發(fā)生反應,形成了木衛(wèi)一大氣獨特的組成成份:鈉的氯化物、鉀的氯化物及鎂和鐵的二氯化物。
土衛(wèi)二上的冰火山木星的另一顆衛(wèi)星,歐羅巴(木星的四顆伽利略衛(wèi)星中最小者),也被認為擁有活躍的火山系統(tǒng)。但是它的火山“熔巖”組成完全是水,并且在歐羅巴寒冷的表面結冰。這使它的火山噴發(fā)時看起來就像是一個凍結的噴泉。這種型態(tài)的火山現(xiàn)在被稱做冰火山(cryovolcanism),是類木行星的衛(wèi)星上最常見的火山噴發(fā)形式。冰火山的噴出物可能由水、冰、液態(tài)氮及液態(tài)甲烷組成。
1998年,航海家二號太空船發(fā)現(xiàn)了海王星其中一個衛(wèi)星,崔頓上的上的冰火山。在2005年,卡西尼-惠更斯號的探測器拍攝到了土星的其中一顆衛(wèi)星,土衛(wèi)二上的水蒸氣噴發(fā)??ㄎ髂?惠更斯號也發(fā)現(xiàn)了土衛(wèi)六上一座冰火山噴出液態(tài)甲烷的證據。這被認為是造成土衛(wèi)六大氣層中高甲烷含量的原因??茖W家推論,古柏帶天體中的小行星50000(Quaoar 50000)可能也有冰火山活動的存在。
火山造成的災害是產生了泥流堆積類似一般人所熟悉的土石流,是火山物質混雜大量的水所形成,其成因很多,主要可歸納為二種:
熱的火山碎屑流、熔巖流或火山涌浪流在流動的過程中,碰到大量的地表水,如河、湖水或雪而形成,因其形成時,溫度可能還很高,故此種機制所形成的堆積物,稱為熱的火山泥流堆積(hot lahar)。
火山噴發(fā)后堆積在斜坡上未固結、松散的火山灰落堆積物、火山碎屑流堆積物和火山涌浪流堆積物,受到大雨沖刷或地震引起的崩塌,流入河流或湖泊內,都會形成火山泥流,此種機制所形成的堆積物,稱為冷的火山泥流堆積(cold lahar)。
火山泥流堆積如土石流,不僅能淹沒廣大的區(qū)域,同時也能沖垮任何建物,如一九八五年哥倫比亞 Nevado del Ruiz 火山和皮納吐坡火山的噴發(fā),前者因噴發(fā)所引起的火山泥流,把整個河谷和城鎮(zhèn)淹沒,造成近二千五百人死亡;后者則是火山噴發(fā)后,所堆積的未固結火山灰受到豪雨的沖刷侵蝕,引發(fā)了火山泥流堆積,雎事前有所防患,未造成人員傷亡,但仍然淹沒及沖毀廣大區(qū)域,造成重大的財產損失。
火山噴發(fā)和人類的活動息息相關。火山作用具有毀滅性的破壞力,不僅造成人類財產的損失,更會危及人類與大自然動、植物的生命;如西元79年意大利維蘇威火山爆發(fā),大量的火山灰覆蓋了鄰近的龐貝城,導致龐貝城不到一分鐘在歷史上絕跡。到17世紀龐貝城才被世人發(fā)現(xiàn),而且城中居民的尸體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發(fā),造成數千名居民無家可歸,以及奪走了35條人命;皮納吐坡火山的爆發(fā),使得美國不得不放棄在西太平洋最大的海、空軍基地等;1902年,馬丁尼克的培雷山火山爆發(fā),使得這個法國的殖民地,一度無法回復之前的繁榮。
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概述 | 由于火山噴發(fā)的物理化學條件的不同,火山在形態(tài)上有多種不同的類型。 |
盾狀火山 | 盾狀火山是具有寬闊頂面和緩坡度側翼(盾狀)的大型火山。由于火山擠出的產物主要為低粘滯性的玄武巖巖漿。夏威夷島(大島)是典型的盾狀火山。 |
火山渣錐 | 火山渣錐是玄武巖碎片堆積而成的山丘,噴出氣體攜帶熔巖滴進入大氣,然后在火山口附近降落而形成。 |
復合型火山 | 復合型火山為多次噴發(fā)所建造,其復發(fā)周期可以是幾十萬年,也可以是幾百年。 |
熔巖穹丘 | 熔巖穹丘是高粘滯性、富硅巖漿緩慢擠出而形成的。 |
破火山口 | 一種在火山頂部的較大的圓形拗陷,其直徑往往大于1英里。通常是巖漿回撤、火山自身塌陷時形成,或淺部巖漿囊噴發(fā)而形成的。 |
低平火山口 | 由巖漿水汽相互作用發(fā)生爆炸而形成的。 |
泥火山 | 泥火山是泥漿與氣體同時噴出地面后,堆積而成。 |
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