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長白山火山專題
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火山基礎知識

火山是高溫的地下巖漿經地下通道噴出地表后,形成的固體碎屑、熔巖流等噴出物,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硅酸鹽物質,即巖漿。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學過程。主要是地球內部存在的大量的放射性物質,在自然狀態下衰變,產生大量的熱。這些熱無法散發到地面,溫度不斷升高,直至把巖石融化,形成地球內部的高溫融化狀態。這些巖漿一旦沖破地殼噴出地面,就形成了火山。

巖漿分為原生巖漿和再生巖漿。原生巖漿是地核俘獲的熔融物質形成的。地核俘獲熔融物質和其他一些物質形成巨厚的熔融層。這些物質其成分是不均的。原生巖漿凝固形成最原始的地球外殼。再生巖漿包括原生巖漿變異出的巖漿和重熔巖漿。現今所見到的各類侵入巖,如超基性巖、基性巖、中性巖、酸性巖和堿性巖等,以及火山噴發出的各類巖漿,它們都是再生巖漿,只是來源深度、通道、物質成分及分異程度不同而已。

巖漿由地球深處移動到地殼內形成侵入巖或噴發到地表形成火山,巖漿移動的動力主要有二:其一,由于地球內球比重大于液態層和外球,在繞太陽公轉時,內球始終偏向引力的反方向(內球不在地球中心),形成內球對液態層由內向外的擠壓力,使巖漿和其他氣液態物質由地球內部向外移動或噴發到地表;其二,巖漿結晶或發生其他物化反應,產生一些水和氣及其他物質,形成膨脹擠壓力,使巖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、火山口和巖漿通道組成。

火山錐是沿地下火山通道從火山口噴出的火山碎屑、熔巖流等噴出物,圍繞著其噴出口堆積而成的錐狀隆起。大部分火山錐體頂部中心常見圓形的漏斗狀、盆狀凹陷,稱為火山口。

破火山口是指經過破壞的火山口及其周圍的洼陷。是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。

3、火山的類型

(1)按活動情況將火山分為活火山、死火山和休眠火山。

正在噴發的或歷史時期及近10000年來有過噴發的火山稱為活火山或休眠的活火山。當火山下面存在活動的巖漿系統或巖漿房時,這個火山被認為具有潛在噴發危險性,應置于現代火山監測系統之中。目前全球1500余座活火山,只有150余座火山設有火山監測臺網。

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跡。

休眠火山(dormant volcano)指有史以來曾經噴發過.但長期以來處于相對靜止狀態的火山。此類火山都保存有完好的火山錐形態,仍具有火山活動能力,或尚不能斷定其已喪失火山活動能力。如我國長白山天池火山,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斷噴出高溫氣體,可見該火山如今正處于休眠狀態。

這三種類型的火山之間沒有嚴格的界限。休眠火山可以復蘇,死火山也可以“復活”,相互間并不是一成不變的。

(2)火山噴發類型按巖漿的通道分為裂隙式噴發、熔透式噴發和中心式噴發三大類。

裂隙式噴發又稱冰島型火山噴發。巖漿沿地殼中的斷裂帶或裂隙溢出地表,這樣形成的火山通道在地表呈窄而長的線狀,向下呈墻壁狀。這類噴發沒有強烈的爆炸現象,噴發溫和寧靜,噴出的巖漿為粘性小的基性玄武巖漿,碎屑和氣體少。基性熔巖溢出后,可以形成廣而薄的熔巖流、熔巖坡或熔巖臺地,甚至形成熔巖高原。

熔透式噴發熔透式噴發的巖漿上升時,由于溫度很高,再加上巖漿和巖石之間的一些化學作用,致使上面的巖石被熔透而頂開,形成直徑很大、形狀不規則的火山通道;巖漿失去壓力后大面積溢出地表。熾熱的巖漿從火山通道緩慢溢出形成熔巖流,最后逐漸冷凝形成熔巖。熔透式噴發形成的火山巖分布范圍很廣,火山口一般不明顯。這類噴發有時巖漿上升停留在中途,沒能融化頂部巖層便冷凝下來,只在地面隆起成丘,這種火山稱為“潛火山”或“地下火山”。一些學者認為,遠古時代地殼較薄,地下巖漿熱力較大,常造成熔透式巖漿噴發,現代已不存在。

中心式噴發巖漿沿火山喉管噴出地面。

(3)按火山錐形態分為盾狀火山、錐狀火山和復合型火山。

盾狀火山是具有寬闊頂面和緩坡度側翼(盾狀)的大型火山,其火山錐形狀扁平、坡度緩(2°~10°),頂部有碗狀火山口。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。復合型火山為多次噴發所建造,其平面近似圓形,坡度約30°,頂部有一個漏斗狀火山口,火山錐成層明顯,可能由于坡度較陡、不穩定而在重力作用下垮塌。其復發周期可以是幾十萬年,也可以是幾百年。如墨西哥科利馬火山、波波卡特佩特火山,科利馬火山是墨西哥最為活躍也是潛在破壞力最強的活火山之一。錐狀火山主要由玄武巖、安山玄武巖組成,火山錐相對高差50米~750米,火山外壁坡度15度~30度,形狀呈截頂圓錐體,其上火口保存完整,在一些主火山錐體上,發育有寄生火山錐,相對高差小于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,認為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爾卑斯-喜馬拉雅火山帶。但以這個學說建立的火山活動模式也并不是十分完美的,新近又有學者(李鴻業,1993)提出兩極擠壓說,揭開了地球發展的奧秘,他認為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(又稱環太平洋帶、環太平洋地震帶或火環),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),轉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、臺灣島、菲律賓群島以及印度尼西亞群島,全長4萬余公里,呈一向南開口的環形構造系。環太平洋火山帶也稱環太平洋火環,有活火山512座。

環太平洋帶,火山活動頻繁,據歷史資料記載全球現代噴發的火山這里占80%,主要發生在北美、堪察加半島、日本、菲律賓和印度尼西亞。

環太平洋火山帶的火山巖主要是中性巖漿噴發的產物,形成了鈣堿性系列的巖石,最常見的火山巖類型是安山巖,距海溝軸150-300公里的陸地內,安山巖平行于海溝呈弧形分布,即成所謂的“安山巖線”。另一特點是,自海溝向陸地方向巖石有明顯的水平分帶性,一般隨與海溝距離的增大,依次分布為拉斑系列巖石、鈣堿性系列巖石和堿性系列的巖石。這里的火山多為中心式噴發,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,并和兩岸海岸線平行。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陸北端與東非裂谷相接。向南繞澳大利亞東去,與太平洋中脊南端相邊,太平洋中脊偏向太平洋東部,向北延促又進入北極區海域,整個大洋中脊構成了“W”形圖案,成為全球性的大洋裂谷,總長8萬余公里。大洋裂谷中部多為隆起的海嶺,比兩側海原高出2-3公里,故稱其為大洋中脊,在海嶺中央又多有寬20-30公里,深1-2公里的地塹,所以又稱其為大洋裂谷。大洋內的火山就集中分布在大洋裂谷帶上,人們稱其為大洋中脊火山帶。根據洋底巖石年齡測定,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,尤其第四紀以來更為活躍,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,人們稱其為火山島。

(3)紅海沿岸與東非火山帶

東非裂谷是大陸最大裂谷帶,分為兩支:裂谷帶東支南起希雷河河口,經馬拉維肖,向北縱貫東非高原中部和埃塞俄比亞中部,至紅海北端,長約5800公里,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公里。裂谷帶一般深達1000-2000m,寬30-300公里,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為盛行,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里以外,如肯尼亞山、乞力馬扎羅山和埃爾貢山,它們的噴發同裂谷活動也密切相關。東非裂谷火山帶火山噴發類型有兩種,一種是裂隙式噴發,主要發生在埃塞俄比亞裂谷系兩側。第二種是中心式噴發,多分布在裂谷帶的邊緣,主要的活火山有扎伊爾的尼拉貢戈山、尼亞馬拉基拉山、肯尼亞的特列基火山、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-印度尼西亞火山帶

這一帶共有活火山70余座,其中地中海沿岸有13座,印度尼西亞有60余座。這一火山帶噴發的巖漿性質從基性到酸性都有,不同的火山表現不同,同一火山不同噴發階段也有變化。

全世界有516座活火山,其中69座是海底火山,以太平洋地區最多。活火山主要分布在環太平洋火山帶,地中海-喜馬拉雅 - 印度尼西亞火山帶、大洋中脊火山帶和紅海-東非大陸裂谷帶。中國境內的新生代火山錐約有900座,以東北和內蒙古的數量最多,約有600~700座。如今一次噴發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、巖石碎屑形成的泥漿可象洪水一般淹沒了整座城市。

(2)火山碎屑污染(包括火山灰、火山云、火山氣體等),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。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流。火山噴發時灼熱的火山灰流與水(火山區暴雨、附近的河流湖泊等)混合則形成密度較大的火山泥流。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年美國圣海倫斯火山噴發的火山灰達1.1Km3,15分鐘內射入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里遠,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,而是一種夾雜著巖石碎屑的、高密度的、高溫的、高速的氣流,常緊貼地面橫掃而過。火山碎屑流溫度可達1500°F,速度可達每小時100-150英里(Myers等, 1995),它能擊碎和燒毀在它流經路徑上的任何生命和財物。火山碎屑流起因于火山爆炸式噴發或熔巖穹丘的崩塌。

(4)火山熔巖流,在火山噴發后,有一定概率會形成熔巖流。呈液態在地表流動的熔巖被稱為熔巖流,熔巖流冷卻后形成固體巖石堆積有時也稱之為熔巖流。呈液態流動的熔巖溫度熔巖流常在900°C~1200°C之間,如熔巖中氣體的含量多,更低的溫度也能流動。酸性熔巖粘滯,流動不遠,大面積的熔巖流常為基性熔巖。溫度高、坡度陡時,熔巖流的流速可達每小時65km。

(5)火山山體滑坡,在火山噴發之后,火山噴發所產生的巨大震動,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后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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