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第3章 火山

1943年2月,人们在墨西哥的一片玉米地的中间看到了一个罕见的令人惊奇的现象:当时一座火山正在那里形成。三个月后形成了一座高约300米的火山堆。两座城镇被摧毁,散落的火山灰渣毁了一大片地区。

火山是由什么形成的?

地表下面,越深温度越高。在距离地面大约32千米的深处,温度之高足以熔化大部分岩石。

岩石熔化时膨胀,需要更大的空间。世界的某些地区,山脉在隆起。这些正在上升的山脉下面的压力在变小,这些山脉下面可能形成一个熔岩(也叫“岩浆”)库。

这种物质沿着隆起造成的裂痕上升。熔岩库里的压力大于它上面的岩石顶盖的压力时,便向外迸发成为一座火山。

喷发时,炽热的气体、液体或固体物质突然冒出。这些物质堆积在开口周围,形成一座锥形山头。“火山口”是火山锥顶部的洼陷,开口处通到地表。锥形山是火山形成的产物。火山喷出的物质主要是气体,但是像渣和灰的大量火山岩和固体物质也喷了出来。

实际上,火山岩是被火山喷发出来的岩浆,当岩浆上升到接近地表的高度时,它的温度和压力开始下降,发生了物理和化学变化,岩浆就变成了火山岩。

火山的形成

1991年,日本、菲律宾的火山相继爆发,造成了人员伤亡和财产损失。人们不禁想起,公元1979年8月24日,意大利的维苏威火山突然爆发,将整个庞贝城及七万居民统统埋在火山灰中的历史惨剧。

那么,火山究竟是怎样形成的,人类能准确地预报或制止火山的爆发吗?许多科学家正在尽力探索这一问题,有的科学家甚至为此献出了宝贵的生命。

科学家们认为,驱动火山活动的能量深深地隐埋在地下65千米到80千米处,而目前世界上最深的钻井是20世纪80年代前苏联打成的,深12千米。科学家现在还不可能将实验仪器置于理想的深处,去探测火山爆发之源。目前,研究火山的主要方法有:采用轨道卫星、计算机和高度精密的仪器对喷发中的火山进行观测、收集并分析各种数据;在实验室对火山口的岩石和火山喷发生物进行分析或做模拟实验以推测火山爆发的机制。

近年来,科学家们提出了几种火山形成的假说,主要有:板块理论。20世纪60年代中期兴起一种新的大地构造理论——板块结构理论。它认为岩石圈的构造单元是板块。全球可被划分为六大板块:欧亚板块、太平洋板块、美洲板块、非洲板块、印度洋板块和南极板块。火山学家根据这一理论认为,当组成地球最外层的巨形岩石板块之间发生碰撞及挤磨时,俯冲带的温度大幅度上升,甚至达到使地壳下面的岩石发生部分熔融的程度,从而导致火山的形成。由于世界上绝大部分火山都分布在各个板块的边缘地带,看来这种解释是合理的。

热点理论。夏威夷群岛火山是人们研究较多的火山。但夏威夷群岛离最近的板块边缘有3200千米。显然用板块理论释解释是行不通的。热点理论认为,夏威夷群岛是由地球内部一个神秘的“热点”形成的。当太平洋板块在这个热点上移动时,板块底层岩石就被熔化,借助地下的压力侵入到地壳上部形成岩浆库,最后变成火山。这一理论成功地解释了夏威夷群岛形成的过程,受到人们的重视。但对于热点是产生于地核深处还是局限于该地区地壳底部尚有争论。

此外,有的火山学家研究了冰川变化与火山活动的关系,较好地解释了冰岛、潘特莱里亚岛火山的活动。

总之,目前尚未找到,或者可能根本不存在一个统一的理论可以解释世界各地的火山为什么会喷发。也许不同地区的火山有着不同的成因。

火山的分布

自板块构造理论建立以来,很多学者根据板块理论建立了全球火山模式,认为大多数火山都分布在板块边界上,少数火山分布在板内,前者构成了四大火山带,即环太平洋火山带、大洋中脊火山带、东非裂谷火山带和阿尔卑斯—喜马拉雅火山带。板块学说在火山研究中的意义在于它能把很多看来是彼此孤立的现象联为一个有机的整体,但以这个学说建立的火山活动模式也并不是十分完美的,如环大西洋为什么就没有火山带;板内火山不在板块边界上,用地幔柱解释它的成因似乎依据也不够充分。新近又有学者提出两极挤压说,揭开了地球发展的奥秘,他认为在两极挤压力作用下,地球赤道轴扩张形成经向张裂和纬向挤压,全球火山主要分布在经向和纬向构造带内。

一、环太平洋火山带

环太平洋火山带,南起南美洲的科迪勒拉山脉,转向西北的阿留申群岛、堪察加半岛,向西南延续的是千岛群、岛日本列岛、琉球群岛、台湾岛、菲律宾群岛以及印度尼西亚群岛,全长4万余千米,呈一向南开口的环形构造系。环太平洋火山带也称环太平洋火环,有活火山512座,其中南美洲笠迪勒拉山系安第斯山南段有30余座活火山,北段有16座活火山,中段尤耶亚科火山海拔6723米,是世界上最高的活火山。再向北为加勒比海地区,沿太平洋沿岸分布着著名的火山有奇里基火山、伊拉苏火山、圣阿纳火山和塔胡木耳科火山。北美洲有活火山90余座,著名的有圣海伦斯火山、拉森火山、雷尼尔火山、沙斯塔火山、胡德火山和散福德火山。在阿留申群岛上最著名的是卡特迈火山和伊利亚姆纳火山。在堪察加半岛上有经常活动的克留契夫火山,向击千岛群岛和日本列岛山岛弧,著名火山分布在日本列岛,如浅间山、岩手山、十胜岳、阿苏山和三原山都是多次喷发的活火山。琉球群岛至台湾岛有众多的火山岛屿,如赤尾屿、钓鱼岛、彭佳屿、澎湖岛、七星岩、兰屿和火烧岛等,都是新代以来形成的火山岛。火山活动最活跃的可算菲律宾至印度尼西亚群岛的火山,如喀拉喀托火山、皮纳图博火山、塔匀火山、坦博拉火山和小安的列斯群岛的培雷火山等,近代曾发生过多次喷发。

环太平洋带,火山活动频繁,据历史资料记载全球现代喷发的火山这里占80%,主要发生在北美、堪察加半岛、日本、菲律宾和印度尼西亚。印度尼西亚被称为“火山之国”,南部包括苏门答腊。爪哇诸岛构成的弧—海沟系,火山近400座,其中129座是活火山,这里仅1966~1970年5年间,就有22座火山喷发,此外海底火山喷发也经常发生,致使一些新的火山岛屿出露海面。

环太平洋火山带的火山岩主要是中性岩浆喷发的产物,形成了钙碱性系列的岩石,最常见的火山岩类型是安山岩,距海沟轴150~300千米的陆地内,安山岩平行于海沟呈弧形分布,即成所谓的“安山岩线”。另一特点是,自海沟向陆地方向岩石有明显的水平分带性,一般随与海沟距离的增大,依次分布为拉斑系列岩石、钙碱性系列岩石和碱性系列的岩石。这里的火山多为中心式喷发,火山爆发强度较大,如果发生在人口稠密区,则往往造成严重的火山灾害。

二、大洋中脊火山带

大洋中脊也称大洋裂谷,它在全球呈“W”形展布,从北极盆穿过冰岛,到南大西洋,这一段是等分了大西洋壳,并和两岸海岸线平行。向南绕非洲的南端转向NE(东北)与印度洋中脊相接。印度洋中脊向北延伸到非洲大陆北端与东非裂谷相接。向南绕澳大利亚东去,与太平洋中脊南端相边,太平洋中脊偏向太平洋东部,向北延促又进入北极区海域,整个大洋中脊构成了“W”形图案,成为全球性的大洋裂谷,总长8万余千米。大洋裂谷中部多为隆起的海岭,比两侧海原高出2~3千米,故称其为大洋中脊,在海岭中央又多有宽20~30千米,深1~2千米的地堑,所以又称其为大洋裂谷。大洋内的火山就集中分布在大洋裂谷带上,人们称其为大洋中脊火山带。根据洋底岩石年龄测定,说明大洋裂谷形成较早,但张裂扩大和激烈活动是在中生代到新生代,尤其第四纪以来更为活跃,突出表现在火山活动上。

大洋中脊火山带火山的分布也是不均匀的,多集中于大西洋裂谷,北起格陵兰岛,经冰岛、亚速尔群岛至佛得角群岛,该段长达万余千米,海岭由玄武岩组成,是沿大洋裂谷火山喷发的产物。由于火山多为海底喷发,不易被人们发现,据有关资料记载,大西洋中脊仅有60余座活火山。冰岛位于大西洋中脊,冰岛上的火山我们可以直接观察到,岛上有200多座火山,其中活火山30余座,人们称其为火山岛。据地质学家S.Thorarinsson(1960年)统计,在近1000年内,大约发生了200多次火山喷发,平均5年喷发一次。著名的活火山有海克拉火山,从1104年以来有过20多次大的喷发。拉基火山于1783年的一次喷发为人们所目睹,从25千米长的裂缝里溢出的熔岩达12千米以上,熔岩流覆盖面积约565平方千米,熔岩流长达70多千米,造成了重大灾害。1963年在冰岛南部海域火山喷发,这次喷发一直延续到1967年,产生了一个新的岛屿—苏特塞火山岛,高出海面约150米,面积2.8平方千米。6年之后,在该岛东北32千米处的维斯特曼群岛的海迈岛火山又有一次较大的喷发。这些火山的喷发,反映了在大西洋裂谷火山喷发的特点。

在太平洋中脊,于南纬6°~14°的太平洋东隆的轴部,新生代以来的裂隙喷发,形成了宽40~60千米,长800千米的玄武岩台地,发现的活火山仅有14座,其活动强度与频度都不如大西洋裂谷火山带。

印度洋,据查有三列走向近SN(南北)的海底山脉,即海岭,仅有部分火山出露海面而成火山岛屿,如塞舌尔群岛和马尔克林群岛,它们都是现代海底火山喷发形成的。

在大洋中脊以外,仅有一些零散火山分布,它们是以火山岛屿的形式出现,如太平洋海底火山喷发形成的岛屿有夏威夷群岛,即通常所说的夏威夷一中途岛的火山链,有关岛、塞班岛、提尼安岛、贝劳群岛、俾斯麦群岛、所罗门群岛、新赫布里底群岛及萨摩亚群岛等。在大西洋,如圣赫勒拿岛、阿森松岛,特里斯坦—达库尼亚群岛也都是一些火山岛,南极洲的罗斯海中的埃里伯斯火山也属该种类型。这些火山岛屿都由玄武岩构成,与大洋裂谷带内的火山岩基本相同。

三、东非裂谷火山带

东非裂谷是大陆最大裂谷带,分为两支:裂谷带东支南起希雷河河口,经马拉维肖,向北纵贯东非高原中部和埃塞俄比亚中部,至红海北端,长约5800千米,再往北与西亚的约旦河谷相接;西支南起马拉维湖西北端,经坦喀噶尼喀湖、基伍湖、爱德华湖、阿尔伯特湖,至阿伯特尼罗河谷,长约1700千米。裂谷带一般深达1000~2000米,宽30~300千米,形成一系列狭长而深陷的谷地和湖泊,如埃塞俄比亚高原东侧大裂谷带中的阿萨尔湖,湖面在海平面以下150米,是非洲陆地上的最低点。

自中生代裂谷形成以来,火山活动频繁,尤其晚新生代以来更为盛行,据统计,非洲有活火山30余座,多分布在裂谷的断裂附近,有的也分布在裂谷边缘百千米以外,如肯尼亚山、乞力马扎罗山和埃尔贡山,它们的喷发同裂谷活动也密切相关。东非裂谷火山带火山喷发类型有两种,一种是裂隙式喷发,主要发生在埃塞俄比亚裂谷系两侧,形成了玄武岩熔岩高原(台地),占埃塞俄比亚全国面积的三分之二,熔岩厚达4000米,它是30~50万年以来上百次玄武岩浆沿裂隙溢流形成的。在肯尼亚西北部,也形成了厚达1000米的熔岩台地,其形成时间晚于埃塞俄比亚的熔岩台地,大约形成于14~23万年间,在更晚些时候形成的是响岩,在11~13万年间形成了长达300千米的响岩熔岩台地。第二种是中心式喷发,多分布在裂谷带的边缘,主要的活火山有扎伊尔的尼拉贡戈山、尼亚马拉基拉山、肯尼亚的特列基火山、莫桑比克的兰埃山和埃塞俄比亚的埃特尔火山等。有的火山喷发只生成了爆裂火口,或成火口洼地,或是火口湖,如恩戈罗恩戈罗(坦桑)火口洼地直径达19千米,面积304平方千米。

现代火山活动中心集中在三个地区,一是乌干达—卢旺达—扎伊尔边界的西裂谷系,自1912~1977年就有过13次火山喷发,尼拉贡戈火山至今仍在活动;二是埃塞俄比亚阿费尔(阿曼)凹陷的埃尔塔火山和阿夫代拉火山,自1960~1977年曾发生过多次喷发;三是坦桑尼亚纳特龙(坦桑)湖南部的格高雷裂谷上的伦盖(坦桑)火山,自1954到1966年曾有过多次喷发,喷出岩为碳酸盐岩类,有较高含量的碳酸钠,为世界所罕见。位于肯尼图尔卡纳湖南端的特雷基火山在20世纪80~90年代间也曾多次喷发。现代火山活动区,温泉广泛发育,火山喷气活动明显,多为水蒸气和含硫气体,这是火山现今的活动迹象。

四、阿尔卑斯—喜马拉雅火山带

该火山带分布于横贯欧亚的纬向构造带内,西起比利牛斯岛,经阿尔卑斯山脉至喜马拉雅山,全长10余万千米。这一纬向构造带是南北挤压形成的纬向褶皱隆起带,主要形成于新生代第四纪。

在该带火山分布不均匀,纬向构造带的西段,由于南北挤压力的作用,在形成纬向构造隆起带的同时,形成了经向张裂和裂谷带,如其南侧的纵贯南北的东非裂谷系,顺两构造带过渡段,因断陷而形成了内陆海—地中海、红海和亚丁湾等,这里的火山活动也别具特色,出现了众多世界著名的火山,如意大利的威苏维火山。埃特纳火山、乌尔卡诺火山和斯特朗博利火山等等,爱琴海内的一些岛屿也是火山岛,活动性强,据意大利历史记载的火山喷发就有130多次,爆发强度大,特征典型,世界火山喷发类型就是以上述火山来命名的,岩性属于钙碱性系列,以安山岩和玄武岩为主。中段火山活动表现微弱,在东段喜马拉雅山北麓火山活动又加强,在隆起和地块的边缘分布着若干火山群,如麻克哈错火山群、卡尔达西火山群、涌波错火山群、乌兰拉湖火山群、可可西里火山群和腾冲火山群等等,共有火山100多座,其中中国的卡尔达西火山和可可西里火山在20世纪50年代和70年代曾有过喷发,岩性为安山岩和碱性玄武岩类。

重现生机

火山爆发对自然景观的影响十分深远。土地是世界最宝贵的资源,因为它能孕育出各种植物来供养万物。如果火山爆发能给农田盖上不到20厘米厚的火山灰,对农民来说可真是喜从天降,因为这些火山灰富含养分能使土地更肥沃。

熔岩崩解后,杂草苔类开始冒出来。

绳状熔岩流过的山坡长出蕨类植物。

火山灰让周围的土地肥沃,当地的葡萄年年丰收。

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