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第8章 山脉 峡谷与岛屿(2)

冰岛的拉基火山于1783年喷发时,有约12平方千米的熔岩及3平方千米的火山啐屑物从长25千米的裂隙中喷出,覆盖面积达565平方千米。美国亚利桑那州的威廉峪谷,也曾有熔岩一次性从120米宽的裂隙中流出,形成14×22平方千米的高原,最大厚度达到240米。此外,中国的贵州、云南、四川的二叠纪玄武岩及河北省的汉诺坝等,也都属于玄武岩泛流喷发之地。

夏威夷式喷发

这种火山喷发方式的特点是很少发生爆炸,常有相当多数量的玄武质熔岩流从山顶火山口和山腰裂隙溢出。具有较小的岩浆粘度,较大的流动性,以比较安静的溢流为其经常的表现形式,释放的气体量可多可少。因为岩浆喷发时受到较大的静压力及气泡的膨胀作用,当其到达地表时,就会有熔岩喷泉形成。而且多以玄武质熔岩喷出,也可以是安山质熔岩,此外也有少量的火山渣和火山灰。这种喷发类型,熔岩常会多次溢流,而且有很多裂隙为其通道,流出的熔岩形成比较平坦的熔岩穹。1924年基拉维厄和1975年冒纳罗亚火山的喷发,即是典型的夏威夷式喷发。此种类型喷发一般不至于造成人员伤亡,但可以使农田村庄遭到损坏,给财产带来损失。

培雷式喷发

这种喷发产生的岩浆粘度高,爆发特别强烈,最明显的特征就是会有炽热的火山灰云产生。

火山灰云是由炽热的火山灰微粒组成的,密度非常大一种高热度气体。当它沿山坡向下移动时,产生的效果足以同飓风一样。

在此种喷发类型中,火山口中的熔岩通常会将向上逃逸的气体堵住,压力逐步增大,发生爆炸时就如同从瓶塞底下向水平方向喷出的一阵疾风。熔岩就是受到含火山灰很高的气体的推动外流而出的,但除了从火口中流出粘稠的熔岩外,并无其他地方流出。1835年科西圭那、1883年喀拉喀托、1902年苏弗里埃尔、1912年卡特迈、1951年拉明顿、1955~1956年别兹米扬、1968年马荣以及1982年埃尔奇琼火山喷发,都属于此种类型。

斯通博利式

意大利的斯通博利火山是这种喷发方式的最典型的代表,以或多或少的定期中等强度喷发为喷发特征,喷出的炽热熔岩在粘性上要大于夏威夷式,并且有白色蒸汽云伴随出现。

火山口的熔岩有较轻的硬结,主要是由玄武质、安山质成分的岩石组成的块状熔岩,熔岩流厚且短;也有少数为绳状,每隔半小时就会从中逸出气体。这种火山有白热的火山渣、火山砾和火山弹呈韵律性地喷出,爆炸比较温和,很多火山碎屑落回火口后又再次被喷出,其它的落到火山锥形成的坡上并滚入海中。

普林尼式喷发

该喷发方式喷出的岩浆有较大的粘度,强烈的爆发性,经常有达90%以上的火山碎屑物,其中围岩碎屑占10%~25%,喷出物主要是流纹质与粗面质浮岩、火山灰,分布较广,并伴有少量的熔岩流或火山灰流。因为爆发强烈及岩浆物质大量抛出,常常会有锥顶崩塌的破火山口形成。清除火山通道-岩浆泡沫化-猛烈爆发出浮岩及火山灰-通道壁上碎石坠入及堵塞火山通道是这种火山喷发经常出现的过程:如此反复作用后,就形成了复杂的火山机构。

公元79年,维苏威火山爆发就是典型的普林尼式喷发,有浮石、火山渣和火山灰伴随着喷发大规模地降落。喷出的火山渣顺风降落,距离火山口13千米的庞贝城,被平均7米厚的浮石层完全掩埋。1783年,日本的浅间火山活动也同样有浮石层降下,大喷发的同时还喷出了火山碎屑流和熔岩流。1980年5月18日,美国圣海伦斯火山爆发也是普林尼式,爆发时形成热液-岩浆爆炸。

武尔卡诺型喷发

与斯通博利式火山相比,武尔卡诺型喷发的熔岩粘度更大,呈熔浆状,喷发也较为猛烈。不喷发时,在火山口上会有比较厚的固结外壳形成,气体聚集于固结的外壳下,使熔岩柱的上部气体趋向于饱和状态。当压力增大时,就会有猛烈的爆炸发生,有时足以将一部分火山锥摧毁,炸开阻塞物,将一些碎片和熔岩组成的“面包皮状火山弹”和火山渣一同喷出,同时还有相当数量火山灰的“菜花状”喷发云伴随而生。当火山口的“阻塞物”都被喷出后,就会有从火山口或火山锥侧缘的裂隙中涌出的熔岩流。

超武尔卡诺型喷发

超武尔卡诺型爆发和水蒸气爆发一样,几乎是无岩浆物质的爆发式喷发。也有称超火山(日本磐梯山)型爆发。由于喷发无熔岩而只有喷发物质,所以喷发物质是在冷却状态下喷发的,偶尔会在炽热状态下喷出。这种喷发方式的特点是有大量的基底火山碎屑出现,有时可达75%~100%。喷发出的物质在体积上从巨形岩块到火山灰都有,大小有很大变化很。碎屑通常呈棱角状和尖棱角状,无火山弹和熔渣。

苏特塞式喷发

1963~1967年,由于冰岛南部近海连续不断地火山喷发,产生了苏特塞火山岛。火山活动的前半个时期,在浅海海底的一个火山口以反复爆发式喷发为特征。当玄武质岩浆接触海水时,又发生了爆炸,使大量细粒物质(火山灰)产生。这种由岩浆-水蒸气、水蒸气-岩浆爆发的类型不同于陆上的斯通博利型。

任何一座火山事实上都可能会有不同的喷发类型出现,即使是同一种喷发类型,也可能在不同类型的火山作用中出现。如以斯通博利型命名的斯通博利火山,就曾有几次武尔卡诺型喷发发生;基拉韦厄和冒纳罗亚火山被命名为夏威夷式喷发,但在不同时期均观测到从斯通博利型到超武尔卡诺型的喷发。

延伸阅读——火山的喷发过程

火山在喷出地表之前,需要经历岩浆形成与初始上升阶段、岩浆囊阶段和离开岩浆囊到地表这三个必要阶段。

岩浆的产生通常而言必须有部分熔融和熔融体与母岩分离这两个过程,但实际上这两个过程不大可能互相独立,可能在熔融开始产生时,熔融体与母岩的分离就有了。部分熔融是液体(即岩浆)和固体(结晶)的共存态,产生部分熔融的原因可以是温度升高、压力降低或固相线降低。随地幔流上升的部分熔融物质,在流动中也会有液体和固体的分离的现象产生,从而产生液体的移动乃至聚集,我们称之为熔离。

到了岩浆囊阶段,岩浆囊是火山底下由岩浆充填着的区域,是地壳或上地幔岩石介质中岩浆相对丰富密集之地。一般可以看做类似油藏的岩石孔隙(或裂隙)中的高温流体,一般认为,岩浆在地幔柱内只占总体积的5%~30%。从局部看,可以看做内部相对流通的液态集合。岩浆是一种混合物,由岩浆熔融体、挥发物、以及结晶体组成。

从岩浆囊到地表阶段,岩浆会从岩浆源区一直到近地表的通路的上升,和岩浆囊的过剩压力、通道的形成与贯通、以及岩浆上升中的结晶、脱气过程有关系。当地壳中引张或引张-剪切应力比当地岩石破裂强度大时,就可能形成张性或张-剪性破裂。若这些裂隙互相连通,就可以作为通道使岩浆喷发。

火山喷发带来的改变

位于地壳以下100~150千米处,有一个“液态区”,区内存在有高温、高压下含气体挥发成份的熔融状硅酸盐物质,也就是岩浆。一旦它从地壳的薄弱之处冲出地表,就形成了火山。

地球上已知约有2000座“死火山”;而已发现的“活火山”共有523座,其中陆地火山455座,海底火山有68座。地球上的火山分布很不均匀,均出现于地壳中的断裂带。火山就整个世界范围来看,主要集中在环太平洋一带和印度尼西亚向北经缅甸、喜马拉雅山脉、中亚、西亚到地中海一带,现今地球上99%的活火山都在这两个带上分布。

火山的诸多类型

火山的形成有一系列物理化学过程涉及在内。火山在形态上由于火山喷发的物理化学条件的不同而有着多种不同的类型。

盾状火山:是具有宽阔顶面和缓坡度侧翼(盾状)的大型火山,低粘滞性的玄武岩岩浆为这种火山挤出的主要物质。典型的盾状火山如夏威夷岛(大岛)。它由5个连续年龄的火山连接而成,MaunaLoa火山是其中最大的,从海底至山顶有9090米。

火山渣锥:是玄武岩碎片堆积而成的山丘,喷出气体携带熔岩滴进入大气,然后降落在火山口附近,从而形成火山锥。熔岩滴通常在飞行中,降落地之面前已是固态的或部分固态的,称之为火山弹。如果气压下降,最后阶段的可能是熔岩流冲出渣锥的底部。如果有充裕的水存在于熔融岩浆中,它们之间的相互作用将有玛珥湖(低平火山口)而非火山渣锥形成。并且火山锥随着喷发时间的加长而变得越高。火山渣锥可以单独存在,也可以组成小的或大的群,或火山场。

复合型火山(层状火山):为多次喷发所建造,可以有几十万年或几百年的复发周期。形成复合型火山以安山岩最常见,不过也有例外。虽然安山岩复合型火山锥主要构成物是火山碎屑,但是有些岩浆侵入可使锥体内部破裂从而形成岩墙或岩床。这样多次侵入形成的岩墙或岩床将碎石变成巨大的堆积。与单独由碎屑物构成的火山锥比较,这样的构造可以更高。但是也可能由于太高太陡造成不稳定,以致在重力作用下垮塌。

火山喷发造成的影响

火山喷发是大自然疯狂的一面的体现。一座爆发中的火山,可能会有灼热的红色熔岩流流出,或是有大量的火山灰和火山气体喷出。一般而言,最具威力、最为壮观的火山爆发经常在俯冲带发生。在沉寂达数百年之后,这里的火山可能会再度爆发。而一旦爆发,就会有特别猛烈的威力。这样的火山爆发常常会给人类带来灭顶之灾。

火山爆发时,会有大量火山灰和火山气体喷出,对气候造成极大影响。因为这些被喷到高空中后的火山灰和火山气体,会随风散布到很远之处。这些火山物质会将阳光遮住,使气温降低。另外,火山爆发喷出的大量火山灰和暴雨结合还会形成泥石流,将道路、桥梁冲毁,将附近的乡村和城市淹没,使无数人无家可归。

不过,虽然火山喷发通常会给人类带来巨大灾害,但也并不是一无是处。有效利用火山资源也可以给人们的生活带来乐趣与便利。一般而言,火山资源主要体现在其旅游价值、地热利用和火山岩材料方面。

可以说,火山和地热堪称一对孪生兄弟,一般有火山的之处,就有地热资源。地热能是一种廉价的无污染的新能源,因而得到广泛应用。现在,地热能的应用从医疗、旅游、农用温室、水产养殖一直到民用采暖、工业加工、发电方面,都可见到。人们曾对卡迈特火山区的地热能做过计算,结果发现那里的天然蒸汽和热水喷口成千上万,平均每秒喷出高达2万立方米的热水和蒸汽,一年内可从地球内部带出40万亿卡的热量,和6万万吨煤的能量相当。而冰岛所处之地由于火山频发,可开发高达450亿千瓦时的地热能,地热能年发电量可达72亿千瓦时。当地人对这些资源进行了很好的利用,虽然目前仅开发了其中的7%,但给当地人已带来了很多效益。

多种矿产可以通过火山活动形成,以硫磺矿的形成最为常见。陆地喷发的玄武岩,常将自然铜和方解石结晶出来,喷发于海底火山的玄武岩,经常可以形成规模巨大的铁矿和铜矿。此外,众所周知的钻石,其形成也和火山有关系。玄武岩是分布最广的一种火山岩,同时它又可作为良好的建筑材料。玄武岩熔炼之后称为“铸石”,其最大的特点是坚硬耐磨、耐酸、耐碱、不导电,并可作保温材料,可用于各种板材、器具等的制作。

火山喷发形成的奇观

当地的地形形貌会在火山喷发后产生一系列变化,许多自然奇观甚至会因此形成。间歇泉即是火喷发后期的一种自然现象。当地下水被地下的高温加热到一定压力后,就会使水和蒸汽从喷口处冲出,压力降低后便停止喷出,进入下一个过程。美国黄石公园的间歇泉非常有名,其中有些可射到100多米高,其吼声可谓惊涛骇浪般、令人惊心动魄。如老忠实泉,可喷出高达180米左右的水柱,沸水散发出的蒸汽好像挂在蓝天上的一团白云。它每小时喷射1次,每次历时5分钟,因其非常准时,故人们亲切地称之为“老忠实泉”。

有的火山口底部还有岩浆湖,犹如一锅滚开的粥一般。位于夏威夷岛上的基拉韦厄火山口直径4000多米,130米深。一片深十几米的岩浆湖就位于该“大锅”的底部,有时湖上还会有高达数米的岩浆喷泉出现。

在我国黑龙江省有一处由7个死火山口演化来的“地下森林”。因为火山喷发物经风化后形成了肥沃的土壤,一些植物便将自己的家安置在这个大坑里。这种地下森林非常少见。

有些火山口可谓是大自然的鬼斧神工之笔。如恩戈罗恩戈罗火山口,号称“世界第八奇迹”,有600多米深,上面直径为18千米,面积254平方千米,底面积为260平方千米,活像一口直上直下的巨井。并且还有狮子、长颈鹿、水牛、斑马等很多动物生活于这口“井”里,简直像动物园一般热闹。

日本九州岛上的阿苏火山是世界上最大的破火山口是,这个火山口东西方向17千米,南北方向25千米,周长100多千米。我们仅从其规模就可想象当时火山爆发的巨大威力。

新知博览——喷出岩

喷出岩是指岩浆喷出地表冷却凝固而形成的岩石,也称为“火山岩”。

狭义的喷出岩指的是各种熔岩,而熔岩则具有两种含义,一种又称熔浆,指喷出地表后挥发逸散的炽热熔融状态的岩浆;另一种则是指由熔浆冷却凝固而形成的岩石。没有冷却的熔浆可以沿山坡或河谷流动,因它的前端大多呈现舌状,所以把它称为熔岩流。其粘稠性和流动速度因熔浆化学成分的差异也不相同,基性熔浆一般SiO含量较少,具有较小的粘性,较大的流速;酸性熔浆SiO含量较多,具有较大的粘性,较小的流速。熔岩被是指大面积的熔岩流冷凝而形成的岩石。熔岩冷凝过程中,由于岩石导热性和地表形态的不同,可有各种形态诸如波状熔岩、绳状熔岩、块状熔岩、熔岩瀑布和熔岩隧道等形成。

熔浆可以是于火山爆发之时喷流出火山口,也可以是沿断裂溢流而出。熔浆的化学成分不同,经冷却凝固后所形成的岩石也各异。玄武岩为基性的喷出岩,安山岩为中性的喷出岩,流纹岩为酸性的喷出岩,粗面岩和响岩为半碱性和碱性喷出岩。喷出岩以多气孔、杏仁和流纹等构造为特征;而在形状上多呈现出玻璃质、隐晶质或斑状结构等。火山玻璃岩指的是玻璃质的黑曜岩、珍珠岩、松脂岩、浮岩等喷出岩。