美国趣味科学网站2月25日刊登题为《火山:最炽热的地质学特征》的文章,作者是斯蒂芬妮·帕帕斯,内容编译如下:
从熔岩喷泉到高耸的火山灰云,火山造就了地球上最壮观的一些地质事件。火山是地壳上的裂缝,使熔融的岩石和高温气体得以喷发出来。根据美国地质调查局的数据,全球约有1350座有喷发潜力的火山。这还不包括海底火山,如果算上它们,还会再增加数千座。
如果一座火山在过去1.17万年(这个时期被称为“全新世”)内喷发过,就被认为是活火山。如果在全新世期间没有喷发过,就被认为是死火山。有时人们会把长期不喷发的火山称为“休眠火山”,但这个词并没有科学定义。它可能指的是一座定期喷发但目前处于平静状态的火山,也可能指一座也许永远不再喷发的火山。
火山概览
世界上最大活火山:美国夏威夷的冒纳罗亚火山,它从海底向上隆起约9000米。
美国境内的活火山数:165座。
最致命的火山喷发事件:1815年,印度尼西亚坦博拉火山喷发,导致多达10万人丧生。
火山灰由岩石、矿物质和火山玻璃的碎片组成。这些碎片的大小与沙粒差不多,甚至更小。
夏威夷火山的熔岩从地下喷出时温度约为1250摄氏度,足以熔化黄金。
火山“弹”是指火山喷出的半熔融状态的熔岩,在落地时会凝固。火山弹常被抛射到离火山口数公里的地方。
1883年,印度尼西亚喀拉喀托火山爆发,产生了有记录以来最高分贝的声音——310分贝。
1980年,圣海伦斯火山喷发时,炸毁了山顶以下约400米的山体。
火山成因
地球的最外层(即地壳),由冷却、硬化的岩石构成。但在某些地方,地质作用会导致部分地壳熔化。地壳也可能出现足够大的裂缝,让下一层(即地幔)中熔化的岩石上升到地表。
这种情况发生在构造板块的边界处。构造板块是一块块巨大的地壳,它们像拼图碎片一样拼接在一起,覆盖着地球表面。在两个构造板块相互分离的地方,岩浆(即炽热、熔融的岩石)可以从地幔上升到地表,形成火山。
火山也可以在板块相互碰撞的地方形成。当一个构造板块冲到另一个板块下面时,这种现象被称为“俯冲”。俯冲到地球内部的板块会向下拉动富含水分的岩石和矿物质。当这些富含水分的岩石受到上方地壳重量的压力时,就会熔化。这种熔化过程就会形成火山。
火山还可以在热点区域形成。热点是地幔中炽热的岩石柱上涌的地方,它会使地壳变薄弱。
火山分布
在构造板块相互分离处形成的火山现在可以在大洋中脊处看到。大洋中脊是海底两块地壳相互分离的地方。两条主要的大洋中脊分别是大西洋中脊,它像拉链一样沿着大西洋的中部延伸;还有东太平洋海隆,它沿着北美洲的西海岸延伸到南太平洋海域。
在板块相互挤压处形成的火山,会出现在大洋地壳俯冲到大洋地壳之下的任何地方,或者大洋地壳俯冲到大陆地壳之下的任何地方。能找到这类火山的主要区域是环绕太平洋的“环太平洋火山带”。根据美国国家海洋和大气管理局的数据,环太平洋火山带中有450多座火山。
另一方面,火山热点出现在大陆内部。炽热的地幔柱会在一个位置长期存在,而地壳则在其上方缓慢移动。黄石国家公园、夏威夷群岛和美属萨摩亚都是由火山热点形成的地貌。在冰岛、非洲的阿法尔地区以及全球海洋中也都有热点存在。
火山类型
火山渣锥是比较简单的一类火山,是由火山口(即地壳裂缝开口)喷出火山灰和熔岩形成的。它们可能呈锥形或椭圆形,通常在山顶有一个碗状的火山口。
当火山渣锥反复喷发,就可能演变为层状火山。层状火山是锥形火山,由一次又一次喷发的熔岩和火山灰层层堆积而成。它们也被称为“复式火山”。美国雷尼尔山就是一座著名的层状火山。
盾状火山是巨大而宽广的火山,由多个火山口喷出的黏稠熔岩流构成。夏威夷的冒纳罗亚火山和基拉韦亚火山都是盾状火山。尽管它们没有形成经典的锥形,但盾状火山可能非常巨大。据估计,冒纳罗亚火山的体积为7.5万立方公里。世界最大的塔穆火山也是盾状火山,是一座死火山,位于日本以东一座海山上,其山顶位于海面以下约1980米处。
最后一种火山类型是大火成岩省(Large Igneous Province),它是一种由玄武岩等岩石构成的大规模熔岩喷发现象。这些喷发能让厚度超过1.6公里的熔岩淹没数百上千万平方公里的区域。幸运的是,如今没有活跃的大火成岩省。但科学家认为,这些大规模喷发曾导致地球上一些最严重的物种灭绝事件。
火山喷发
火山可能即将喷发的最初迹象通常是许多微小的地震。其中一些地震可能剧烈到人类能够感知;而另一些则只能通过灵敏的仪器才能探测到。无论如何,这些地震都暗示着岩浆正在地表下移动,穿过岩石裂缝,导致地面震动。
当看不见的岩浆流向地表时,地面可能会隆起。通常,火山开始喷出更多的火山气体。有时,地面会出现新的喷口,使这些气体能够逸出。由于地下岩浆的加热,地面甚至可能变热。在一些被积雪覆盖的火山上,科学家会留意火山喷口附近新形成的湖泊。这些由积雪融化形成的湖泊可以揭示地下的岩浆热点。
在非爆炸性喷发中,例如夏威夷火山的喷发,熔岩会从地面裂缝中喷出或渗出。这类火山熔岩所含的溶解气体不多,所以不会以巨大的力量喷发出来。它更像是黏稠的糖浆,而不是剧烈摇晃过的汽水。
但爆炸性喷发会将大量岩石和火山灰喷射到上千米的高空。1980年5月,圣海伦斯火山喷发,在爆炸的最初10分钟内就将火山灰喷射到19公里的高空。像圣海伦斯火山这样的火山还经常释放出火山碎屑流,也就是炽热的岩石、气体和火山灰形成的雪崩,它们会以超过每小时320公里的速度从山坡上倾泻而下。火山碎屑流的温度可达700摄氏度。
爆炸性喷发还可能释放出熔岩流和火山弹,火山弹是一些部分熔化的岩石块,能飞出数公里。在一些被冰雪覆盖的火山,当炽热的岩石和热气融化了山坡上的冰雪,会产生被称为“火山泥流”的巨大泥石流。