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長白山火山專題
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火山基礎知識

火山是高溫的地下岩漿經地下通道噴出地表後,形成的固體碎屑、熔岩流等噴出物,圍繞著噴出口堆積而成的隆起的丘或山。地殼之下100至150千米處,有一個“液態區”,區內存在著高溫、高壓下含氣體揮發成份的熔融矽酸鹽物質,即岩漿。它一旦從地殼薄弱的地段沖出地表,就形成了火山。

1、火山的成因

火山的形成是一系列物理化学过程。主要是地球内部存在的大量的放射性物质,在自然狀态下衰变,产生大量的热。这些热无法散发到地面,温度不断升高,直至把岩石融化,形成地球内部的高温融化狀态。这些岩漿一旦冲破地壳喷出地面,就形成了火山。

岩漿分为原生岩漿和再生岩漿。原生岩漿是地核俘获的熔融物质形成的。地核俘获熔融物质和其他一些物质形成巨厚的熔融层。这些物质其成分是不均的。原生岩漿凝固形成最原始的地球外壳。再生岩漿包括原生岩漿变异出的岩漿和重熔岩漿。现今所见到的各类侵入岩,如超基性岩、基性岩、中性岩、酸性岩和碱性岩等,以及火山喷发出的各类岩漿,它们都是再生岩漿,只是来源深度、通道、物质成分及分异程度不同而已。

岩漿由地球深处移动到地壳内形成侵入岩或喷发到地表形成火山,岩漿移动的动力主要有二:其一,由于地球内球比重大于液态层和外球,在绕太阳公转时,内球始终偏向引力的反方向(内球不在地球中心),形成内球对液态层由内向外的擠壓力,使岩漿和其他气液态物质由地球内部向外移动或喷发到地表;其二,岩漿结晶或发生其他物化反应,产生一些水和气及其他物质,形成膨脹擠壓力,使岩漿和其他氣液態物質由地球內部向外移動或噴發到地表。

2、火山構造

火山是由火山錐、火山口和岩漿通道组成。

火山錐是沿地下火山通道从火山口喷出的火山碎屑、熔岩流等喷出物,围绕着其喷出口堆积而成的锥狀隆起。大部分火山錐体顶部中心常见圆形的漏斗狀、盆狀凹陷,称为火山口。

破火山口是指经过破坏的火山口及其周围的洼陷。是一种在火山顶部的较大的圆形拗陷,其直径往往大于1英里。通常是岩漿回撤、火山自身塌陷时形成,或浅部岩漿囊喷发而形成的。大量岩漿的撤退可能是由于其构造支撑的丧失而造成的。

3、火山的類型

(1)按活動情況將火山分爲活火山、死火山和休眠火山。

正在喷发的或历史时期及近10000年来有过喷发的火山称为活火山或休眠的活火山。当火山下面存在活动的岩漿系统或岩漿房时,这个火山被认为具有潜在喷发危险性,应置于现代火山监测系统之中。目前全球1500余座活火山,只有150余座火山设有火山监测台网。

死火山指史前曾發生過噴發,但有史以來一直未活動過的火山。此類火山已喪失了活動能力。有的火山仍保持著完整的火山形態,有的則已遭受風化侵蝕,只剩下殘缺不全的火山遺迹。

休眠火山(dormant volcano)指有史以来曾经喷发过.但长期以来处于相对静止狀态的火山。此类火山都保存有完好的火山錐形态,仍具有火山活动能力,或尚不能断定其已丧失火山活动能力。如我国長白山天池火山,曾于1327年和1658年兩度噴發,在此之前還有多次活動。雖然沒有噴發活動,但從山坡上一些深不可測的噴氣孔中不断喷出高温气体,可见该火山如今正处于休眠狀态。

這三種類型的火山之間沒有嚴格的界限。休眠火山可以複蘇,死火山也可以“複活”,相互間並不是一成不變的。

(2)火山喷发类型按岩漿的通道分为裂隙式噴發、熔透式噴發和中心式噴發三大類。

裂隙式噴發又称冰岛型火山喷发。岩漿沿地壳中的断裂带或裂隙溢出地表,这样形成的火山通道在地表呈窄而长的线狀,向下呈墙壁狀。这类喷发没有强烈的爆炸现象,喷发温和宁静,喷出的岩漿为粘性小的基性玄武岩漿,碎屑和气体少。基性熔岩溢出后,可以形成广而薄的熔岩流、熔岩坡或熔岩台地,甚至形成熔岩高原。

熔透式喷发熔透式喷发的岩漿上升时,由于温度很高,再加上岩漿和岩石之间的一些化学作用,致使上面的岩石被熔透而顶开,形成直径很大、形狀不规则的火山通道;岩漿失去压力后大面积溢出地表。炽热的岩漿从火山通道缓慢溢出形成熔岩流,最后逐渐冷凝形成熔岩。熔透式喷发形成的火山岩分布范围很广,火山口一般不明显。这类喷发有时岩漿上升停留在中途,没能融化顶部岩层便冷凝下来,只在地面隆起成丘,这种火山称为“潜火山”或“地下火山”。一些学者认为,远古时代地壳较薄,地下岩漿热力较大,常造成熔透式岩漿喷发,现代已不存在。

中心式喷发岩漿沿火山喉管喷出地面。

(3)按火山錐形态分为盾狀火山、锥狀火山和复合型火山。

盾狀火山是具有宽阔顶面和缓坡度侧翼(盾狀)的大型火山,其火山錐形狀扁平、坡度缓(2°~10°),顶部有碗狀火山口。火山挤出的产物主要为低粘滞性的玄武岩岩漿,夏威夷岛(大岛)是典型的盾狀火山。复合型火山为多次喷发所建造,其平面近似圆形,坡度约30°,顶部有一个漏斗狀火山口,火山錐成层明显,可能由于坡度较陡、不稳定而在重力作用下垮塌。其复发周期可以是几十万年,也可以是几百年。如墨西哥科利马火山、波波卡特佩特火山,科利马火山是墨西哥最为活跃也是潜在破坏力最强的活火山之一。锥狀火山主要由玄武岩、安山玄武岩組成,火山錐相對高差50米~750米,火山外壁坡度15度~30度,形狀呈截顶圆锥体,其上火口保存完整,在一些主火山錐体上,发育有寄生火山錐,相对高差小于50米。

4、火山的分布

板塊構造理論建立以來,很多學者根據板塊理論建立了全球火山模式,認爲大多數火山都分布在板塊邊界上,少數火山分布在板內,前者構成了四大火山帶,即環太平洋火山帶、大洋中脊火山帶、東非裂谷火山帶和阿尔卑斯-喜馬拉雅火山帶。但以这个学说建立的火山活动模式也并不是十分完美的,新近又有学者(李鴻業,1993)提出兩極擠壓說,揭開了地球發展的奧秘,他認爲在兩極擠壓力作用下,地球赤道軸擴張形成經向張裂和緯向擠壓,全球火山主要分布在經向和緯向構造帶內。

(1)環太平洋火山帶(又稱環太平洋带、環太平洋地震带或火环),南起南美洲的安第斯山脈,經北美洲西部的落基山脈(科迪勒拉山系),转向西北的環太平洋火山帶阿留申群島堪察加半島,向西南延續的是千島群島日本列島琉球群島、台灣島、菲律賓群島以及印度尼西亞群島,全長4萬余公裏,呈一向南開口的環形構造系。環太平洋火山帶也称環太平洋火環,有活火山512座。

環太平洋带,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、堪察加半島、日本、菲律賓和印度尼西亚。

環太平洋火山帶的火山岩主要是中性岩漿喷发的产物,形成了钙碱性系列的岩石,最常见的火山岩类型是安山岩,距海溝軸150-300公裏的陸地內,安山岩平行于海溝呈弧形分布,即成所謂的“安山岩線”。另一特點是,自海溝向陸地方向岩石有明顯的水平分帶性,一般隨與海溝距離的增大,依次分布爲拉斑系列岩石、鈣堿性系列岩石和堿性系列的岩石。這裏的火山多爲中心式噴發,火山爆發強度較大,如果發生在人口稠密區,則往往造成嚴重的火山災害

(2)洋脊火山帶

大洋中脊也稱大洋裂谷,它在全球呈“W”形展布,從北極盆穿過冰島,到南大西洋,這一段是等分了大西洋殼,並和兩岸海岸線平行。向南繞非洲的南端轉向NE與印度洋中脊相接。印度洋中脊向北延伸到非洲大陆北端与東非裂谷相接。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8万余公里。大洋裂谷中部多为隆起的海岭,比两侧海原高出2-3公里,故称其为大洋中脊,在海岭中央又多有宽20-30公里,深1-2公里的地堑,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帶。根据洋底岩石年齡測定,說明大洋裂谷形成較早,但張裂擴大和激烈活動是在中生代到新生代,尤其第四紀以來更爲活躍,突出表現在火山活動上。

據有關資料記載,大西洋中脊僅有60余座活火山。冰島位于大西洋中脊,冰島上的火山我們可以直接觀察到,島上有200多座火山,其中活火山30余座,人們稱其爲火山島。

(3)红海沿岸与东非火山帶

東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,經马拉维肖,向北纵贯東非高原中部和埃塞俄比亞中部,至紅海北端,長約5800公裏,再往北與西亞的約旦河谷相接;西支南起馬拉維湖西北端,經坦喀噶尼喀湖、基伍湖、愛德華湖、阿爾伯特湖,至阿伯特尼羅河谷,長約1700公裏。裂谷帶一般深達1000-2000m,寬30-300公裏,形成一系列狹長而深陷的谷地和湖泊,如埃塞俄比亞高原東側大裂谷帶中的阿薩爾湖,湖面在海平面以下150m,是非洲陸地上的最低點。

中生代裂谷形成以來,火山活動頻繁,尤其晚新生代以來更爲盛行,據統計,非洲有活火山30余座,多分布在裂谷的斷裂附近,有的也分布在裂谷邊緣百公裏以外,如肯尼亞山、乞力馬紮羅山和埃爾貢山,它们的喷发同裂谷活动也密切相关。東非裂谷火山帶火山喷发类型有两种,一种是裂隙式噴發,主要发生在埃塞俄比亚裂谷系两侧。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、莫桑比克的蘭埃山和埃塞俄比亞的埃特爾火山等。

(4)地中海-印度尼西亚火山帶

这一带共有活火山70余座,其中地中海沿岸有13座,印度尼西亚有60余座。这一火山帶喷发的岩漿性质从基性到酸性都有,不同的火山表现不同,同一火山不同喷发阶段也有变化。

全世界有516座活火山,其中69座是海底火山,以太平洋地区最多。活火山主要分布在環太平洋火山帶,地中海-喜馬拉雅 - 印度尼西亚火山帶、大洋中脊火山帶和红海-东非大陸裂谷带。中国境内的新生代火山錐约有900座,以东北和内蒙古的数量最多,约有600~700座。如今一次喷发的火山是位于新疆于田縣的卡爾達的火山。火山的分布受控于全球板塊構造。

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。

5、火山災害

(1)火山泥石流,火山爆發噴出的大量火山灰和暴雨結合形成泥石流能沖毀道路、橋梁,淹沒附近的鄉村和城市,使得無數人無家可歸。泥土、岩石碎屑形成的泥漿可象洪水一般淹沒了整座城市。

(2)火山碎屑汙染(包括火山灰、火山雲、火山氣體等),火山碎屑是火山喷出的岩漿冷凝碎屑以及火山通道内和四壁岩石碎屑。被喷射到空中的火山碎屑,粗重的落在火山口附近,轻而小的或被风吹到几百千米以外沉降,或上升到平流层随大气环流。火山喷发时灼热的火山灰流与水(火山区暴雨、附近的河流湖泊等)混合则形成密度较大的火山泥流。火山灰流和泥流都帶有災害性。許多火山噴發時都要噴出大量的火山灰,如1980年美國聖海倫斯火山噴發的火山灰達1.1Km3,15分鍾內射入24Km的高空,懸浮在空中的火山灰在大氣環流的帶動下,能在幾日內擴展到數百乃至數千公裏遠,降低空中的透明度,影響飛機的正常運行。火山噴發時還要噴射出許多氣體,除水蒸氣外,還有二氧化碳、二氧化硫、硫化氫和鹵化物等,大多數是對人和生物有害的。

(3)火山碎屑流,火山碎屑流是主要的火山殺手之一,具有極大的破壞性和致命性。由于其速度很快,因而很難躲避。火山碎屑流是氣體和火山碎屑的混合物。它不是水流,而是一種夾雜著岩石碎屑的、高密度的、高溫的、高速的气流,常紧贴地面横扫而过。火山碎屑流温度可达1500°F,速度可达每小时100-150英里(Myers等, 1995),它能击碎和烧毁在它流经路径上的任何生命和财物。火山碎屑流起因于火山爆炸式喷发或熔岩穹丘的崩塌。

(4)火山熔岩流,在火山噴發後,有一定概率會形成熔岩流。呈液態在地表流動的熔岩被稱爲熔岩流,熔岩流冷卻後形成固體岩石堆積有時也稱之爲熔岩流。呈液態流動的熔岩溫度熔岩流常在900°C~1200°C之間,如熔岩中氣體的含量多,更低的溫度也能流動。酸性熔岩粘滯,流動不遠,大面積的熔岩流常爲基性熔岩。溫度高、坡度陡時,熔岩流的流速可達每小時65km。

(5)火山山體滑坡,在火山噴發之後,火山噴發所産生的巨大震動,會導致火山周邊的泥土松動,從而導致山體滑坡

(6)火山地震,通常在火山噴發期間及其前後的一段時間內都會發生地震,尤其是火山噴發之前,地震是很頻繁的,強烈的火山地震可以導致房屋倒塌甚至危及人們的生命安全

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