2018年03月10日,日本新燃岳火山爆發(fā),噴出一只跳躍的粉紅貓咪?。。?!
這個貓咪是什么?火山噴發(fā)的產(chǎn)物是什么?
為什么說新生代火山區(qū)在休眠期釋放的溫室氣體規(guī)模不能忽視?
火山氣體成分是怎樣測試到的?
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火山噴發(fā)的產(chǎn)物是什么?
由于巖漿成分、巖漿中所含氣體量的差異,火山按噴發(fā)類型或噴發(fā)方式的不同,形成了多種多樣的噴發(fā)物——熔巖、火山碎屑巖、火山氣體。
01
噴發(fā)產(chǎn)物
熔巖
釋放了大部分揮發(fā)分而噴出地表的巖漿,及由這種巖漿固結(jié)而成的巖石,稱為熔巖。
熔巖的野外產(chǎn)狀有以下五種類型:繩狀熔巖、渣狀熔巖、碎塊熔巖、穹窿狀熔巖、枕狀熔巖。
在下部熔巖流動的作用下,呈半凝固狀態(tài)的熔巖流表殼常形成波狀、繩狀特征,稱為繩狀熔巖(Pāhoehoe lava),巖漿黏度較小。一般分布在近火山口處,熔巖流表面光滑。熔巖流厚度較小,一般為0.2-2.0 m。
繩狀熔巖(Pāhoehoe lava)
黑龍江五大連池火山區(qū)的繩狀熔巖
夏威夷的繩狀熔巖
黏度較大的玄武質(zhì)巖漿在流動過程中被推擠、破碎并雜亂堆積形成渣狀熔巖(‘A’ā lava)。一般分布在遠離火山口處,表面粗糙,呈渣狀或塊狀。熔巖流厚度較大,一般為2.0-10 m。
夏威夷的渣狀熔巖
碎塊熔巖流(Block lava flows)由巨厚熔巖流自碎形成,其成因與結(jié)殼-渣狀玄武巖相仿,熔巖層巨厚(一般>10m),自碎碎塊直徑可達數(shù)米。
內(nèi)蒙古大興安嶺阿爾山
五大連池的東、西龍門山
穹窿狀熔巖(Lava domes),中酸性巖漿,多為英安質(zhì)-流紋質(zhì)。巖漿黏度高,僅分布在火山口附近。
2008-2010年Chaiten火山的噴發(fā)形成的流紋質(zhì)穹窿狀熔巖
穹窿狀熔巖
圣海倫火山口的穹窿狀熔巖
海底噴發(fā)的玄武質(zhì)巖漿,冷卻時具有典型的針狀構(gòu)造,由此形成的熔巖為枕狀熔巖(Pillow lava)。
枕狀熔巖(Pillow lava)
熔巖地貌
火山地貌(左下)和火山湖剖面圖(右上)
熔巖地貌 — 火山錐 (Volcanic cone)
菲律賓的馬榮火山的火山錐
熔巖地貌 — 熔巖湖、熔巖噴泉
基拉韋厄火山高達450米的熔巖噴泉
熔巖地貌 — 熔巖瀑布
熔巖地貌 — 柱狀節(jié)理 (Columnar jointing)
厚大的熔巖流,其冷凝收縮節(jié)理可形成頗為壯觀的柱狀節(jié)理。
北愛爾蘭北海岸的柱狀節(jié)理
美國猛犸山火山柱狀節(jié)理
在北愛爾蘭巨人石道岬的柱狀節(jié)理
熔巖地貌 — 熔巖碟、噴氣錐
含揮發(fā)分的基性巖漿溢流到靠近水域的地區(qū)時與地下水作用形成火山氣體和水蒸氣構(gòu)成的混合氣體,氣體沖破表層間歇溢出時,帶動熔巖外掀堆疊在噴氣孔周圍形成噴氣錐。
五大連池的熔巖碟
五大連池的噴氣錐
熔巖地貌 — 熔巖臺地 (Lava platform)
含SiO2較低的基性或玄武質(zhì)巖漿,因其低粘度而易于流動,可形成寬闊的熔巖臺地。
內(nèi)蒙古錫林郭勒的熔巖臺地
美國哥倫比亞高原的熔巖臺地
熔巖地貌 — 熔巖隧道 (Lava tube)
當熔巖流表面冷卻凝固,而其下的巖漿仍在流動,沒有新噴出的巖漿補充時,巖漿流盡后形成長形空洞,成為熔巖隧道。
加利福尼亞的瓦朗蒂娜熔巖隧道
位于夏威夷火山國家公園的瑟斯頓熔巖隧道
熔巖地貌 — 熔巖三角洲 (Lava delta)
熔巖三角洲通常與大規(guī)模噴發(fā)的式玄武巖有關(guān)。
基拉韋厄的卡莫阿摩熔巖三角洲
皮克島的熔巖三角洲
02
噴發(fā)產(chǎn)物
火山碎屑巖
火山噴發(fā)特別是爆炸噴發(fā)和熔巖噴泉噴發(fā),在近地表的巖漿通道中,巖漿已被起泡化和碎屑化,這時噴出的固態(tài)或液態(tài)巖漿就是大小不等、形態(tài)各異的巖漿碎屑物。按照其噴發(fā)時粒徑、直徑大小可分為:火山彈、火山塊、火山礫、火山灰。
分布在火山口附近,平均直徑大于 64 mm,若為塑性稱為火山彈。熾熱的巖漿被拋向空中,在空中旋轉(zhuǎn)并發(fā)生不同程度的冷卻和固結(jié)。落地后形成不同形態(tài)的火山彈(Volcanic bomb),其形態(tài)與落地前的固結(jié)程度有關(guān)。
紡錘形火山彈
火山彈
面包殼狀火山彈
“面包皮”火山彈,法國
日本東京自然科學博物館的各種火山彈
分布在火山口附近,平均直徑大于 64 mm,若為剛性稱為火山塊 (Volcanic block)。自噴發(fā)到落地都是固態(tài)的巖石碎塊,多為棱角狀,有時也呈圓狀或次圓狀。
粒徑介于2.0-64mm的塑性或剛性火山碎屑物。巖漿噴發(fā)時可以是液態(tài),也可以是固態(tài)。渣狀沉積物的主要組成物質(zhì)。流動性較強的玄武質(zhì)巖漿被拋至空中,快速冷凝,形成結(jié)構(gòu)特殊的火山礫 (Lapillus)。
粒徑大小小于 2 mm的火山碎屑稱為火山灰 (Volcanic ash),它多由火山玻璃、火山巖石和細小晶體碎屑組成。
鴨綠江峽谷中的火山灰堆積
2010年04月17日,艾雅法拉火山噴發(fā)的火山灰
來自圣海倫火山的火山灰顆粒。
1980年噴發(fā)的華盛頓圣海倫火山灰顯微鏡圖像
火山噴發(fā)的遺跡——
碳化木 (Charcoal)
鏡泊湖火山噴發(fā)形成的碳化木
長白山火山噴發(fā)形成的碳化木
火山噴發(fā)的遺跡——
熔巖樹 (Lava tree)
夏威夷的熔巖樹
03
噴發(fā)產(chǎn)物
火山氣體
火山氣體(指火山噴發(fā)進入大氣圈甚至平流層的氣體)是全球氣候變化的重要驅(qū)動因子之一 ,主要包括 H2O、 CO2、 CI、 F 、S、CH4等氣體 ,它們在火山噴發(fā)過程中進入大氣圈(甚至平流層)后, 不僅可以導致氣候與環(huán)境快速變化, 而且還能造成嚴重的火山災害。
2006年奧古斯丁火山爆發(fā),火山灰進入大氣層
1980年圣海倫斯火山噴發(fā)
2001年 Etna 火山噴發(fā)
圣海倫火山爆發(fā)
火山氣體造成的影響主要表現(xiàn)在對臭氧層的破壞、導致地表氣溫的驟然變化、造成大面積生物突然死亡等方面?;鹕綒怏w的成分不同導致的氣候與災害效應(yīng)也不盡相同 。
火山噴發(fā)的示意圖
火山硫化物氣體導致溫度降低并且形成酸雨。火山噴出的硫化物氣體形成硫酸鹽氣溶膠,降低太陽輻射到達地表的總量,引起“陽傘效應(yīng)”,導致地表溫度降低。
1783年Laki火山噴發(fā)導致地表溫度降低(黃色區(qū)域是火山爆發(fā)的時期)
在歷史時期主要的火山噴發(fā)與溫度降低的關(guān)系
火山活動對地表溫度的影響不僅在火山噴發(fā)附近,而且還會發(fā)生在較遠的地區(qū)。
火山鹵化物氣體破壞臭氧層和生態(tài)環(huán)境,火山氣體影響臭氧層的原理:Cl+O3—ClO+O2;ClO+O—Cl+O2。
火山噴出的溫室氣體導致大氣圈溫室氣體濃度上升,地表溫度上升。
1990年阿拉斯加火山噴發(fā)出的溫室氣體
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為什么說新生代火山區(qū)在休眠期釋放的溫室氣體規(guī)模不能忽視?
在火山學中,以是否有巖漿噴出( 或溢流) 地表為標準,火山活動可被劃分為噴發(fā)期與間歇期。
噴發(fā)期火山活動( 特別是中酸性巖漿噴發(fā)) 能夠以噴發(fā)柱的形式向大氣圈釋放大量溫室氣體。火山活動期噴出的溫室氣體特征是噴出速率快、時間短、總量相對較小,對環(huán)境影響嚴重。
1980年圣海倫斯火山噴發(fā)——火山噴發(fā)期
盡管間歇期火山沒有巖漿噴出( 或溢流) 地表,溫室氣體仍可通過火山區(qū)內(nèi)出露的土壤微滲漏、溫泉與噴氣孔等向大氣圈釋放?;鹕叫菝咂跍厥覛怏w釋放特征是噴出速率較小、時間長、總量大,對環(huán)境影響深遠。
噴氣孔主要分布在火山錐和火山口附近, 噴出的氣體較劇烈,以水蒸氣、CO2、SO2、H2S 等為主?;鹕介g歇期向大氣圈輸送的溫室氣體主要以火山噴氣孔的形式排放,其排放量取決于:火山區(qū)面積、熱流值、噴氣口(或熱泉)數(shù)量與溫度、氣體成分與通量。
火山噴氣孔——火山間歇期
土壤微滲漏氣體是沿著火山錐及火山底部的微裂隙釋放的氣體。
微滲漏——火山間歇期
溫泉主要通過兩種方式向大氣圈釋放溫室氣體,即溫泉氣泡逸出氣體及溫泉水逸出氣體。
火山溫泉——火山間歇期
火山噴發(fā)間歇期的火山氣體
二氧化碳從瑪珥湖中溢出
目前, 歐洲休眠火山向大氣圈中輸送的CH4氣體總量:每年為105噸。相當于全球森林大火或野生動物釋放的溫室氣體總量。
意大利地中海西部地區(qū)巖石圈-軟流圈火山成因的CO2排放通量一年高達70 Mt, 超過了目前意大利全國的年CO2排放通量。
美國黃石公園火山區(qū)向大氣圈輸送CO2氣體:每年1.5×105噸。
近期國外對火山噴出氣體研究獲得的新認識
火山區(qū)不僅在火山噴發(fā)期向大氣圈輸送大量的(溫室)氣體,而且在火山間歇期(如美國黃石火山公園)也向大氣圈輸送大量的(溫室)氣體;并且后者的總量遠高于前者。
相比于火山噴發(fā)期,間歇期溫室氣體的釋放速率較低, 但由于間歇期持續(xù)時間更長、面積更大,其釋放的溫室氣體總量不容小視。
火山休眠期溫室氣體排放的原理示意圖
處于間歇期的火山區(qū)之下的巖漿囊周圍保持高溫狀態(tài),形成干熱巖體系,使火山區(qū)的地下水被不斷加熱、上升、形成火山噴氣孔,持續(xù)向大氣圈輸送氣體(包括溫室氣體)。其主要的熱動力來源于火山區(qū)下部的高溫巖漿房。
與國外相比,我國新生代火山區(qū)的溫室氣體釋放通量及成因的研究程度較低。迄今為止, 關(guān)于我國大陸新生代(活) 火山區(qū)間歇期溫室氣體釋放通量的定量研究仍相對較少。
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火山氣體成分是怎樣測試到的?
目前研究火山氣體成分的方法有兩類 :一類為儀器直接測量 , 即利用TOMS 衛(wèi)星對正在噴發(fā)的火山進行氣體成分的測量。
用航空器直接測量火山氣體
另一類是通過測定火山噴出的巖漿斑晶內(nèi)巖漿包裹體的揮發(fā)分組成,結(jié)合噴發(fā)物體積 ,獲得火山噴出氣體的成分與總量 ,這一方法通稱為“巖石學方法”。
顯微鏡單偏光圖像。
利用巖漿包裹體,測定火山噴發(fā)前氣體含量。
顯微鏡正交偏光下火山巖中斑晶及其包裹體
火山噴發(fā)后氣體含量=基質(zhì)玻璃的氣體含量
前者只能研究現(xiàn)代噴發(fā)的活火山,并且耗資昂貴,而后者的應(yīng)用范圍較廣,適用于各個時代的火山噴發(fā),近幾年隨著對巖漿包裹體揮發(fā)分測試的高精度 、超微區(qū)手段的不斷完善 ,越來越顯示出其巨大的潛力和發(fā)展前景。
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