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刘嘉麒:火山的秘密

发布时间: 2017-3-27 16:37    查看:1536

火山,大家都很熟悉,但是当初火山对人类还是个谜。在西方,特别是在地中海沿岸的一些国家,把火山当作火神,不知道这种自然现象是火山,认为是一种火神,但是在中国,把不是火山当成火山,所以在我们《山海经》上曾经谈到火山这个词,但是实际上在中国一些谈火山当中不是火山,而是一些煤的自然的一些火,所以在古代的时候,真正的火山在西方当火神,在东方把不是火山当作火山。

那么火山到底是什么?它是怎么形成的?它给人类带来了什么?就请中国科学院刘嘉麒院士为我们揭开火山的秘密。

什么是火山?

什么是火山呢?火山就是地下的岩浆喷出地表以后形成了一些山体,一些钝状或者锥状的地形,这个地质体就成火山,它有三个要素,一有岩浆,二岩浆喷出地表,三在地表形成地质体,这样才构成了一个火山。那么火山可以作为地球有生命的一个象征,如果把地球作为有生命的物体来看,火山是它的鼻孔,岩浆算它的血液,地震就是它的脉搏了,所以我觉得火山是地球有生命的象征,是地球的灵魂。

火山有活火山和死火山,通常来说,大家可能知道喷发的火山就是活火山,但是在我们地质上,对活火山有一个基本的概念。通常讲全新世,一万年以来,现在准确来说是11700年以来,有过喷发记录的火山是活火山,没有喷发记录的火山是死火山,现在处于休眠状态的活火山叫做休眠火山。

除了活火山和死火山,还有泥火山,尤其前几年在新疆白杨沟发现了泥火山以后,这个媒体曾经有一段时间炒作挺多,把泥火山和火山相提并论,其实泥火山不是我们地质意义上的火山。为什么又叫火山?泥火山是泥形成的,有时候也冒火,但不是岩浆的冒火,而是喷出来的像大气这类的天然气,能够点燃,但不能成火山,因为没有岩浆。泥火山是怎么形成的?泥火山是地下水分泥土形成,地下气体压力增加,地表承受不了,喷出来形成泥火山,像一个山体的状态,虽然叫火山,但是泥火山很凉,像这里冒水的地方,看着冒气泡,实际上手伸进去,也是比较凉,泥火山叫火山,不是火山。中国泥火山很少,到目前为止只有在新疆北江的白杨沟的地方或者是杜山谷这块。

火山喷发的形式

通常火山喷发有两种形式,一种是中心式,一种是裂隙式。按照一些典型的火山,分出来普里尼式,普尔勘式,夏威夷式,冰岛式。中心式火山喷发,就是一个锥体火山孔,岩浆和一些火山灰从中间喷出来。裂隙式,就是在地表有一些大的断裂,沿着断裂的岩浆冒出来,形成裂隙式的喷发,像一个绳索,一条火线,有的时候,沿着这条线看是一条裂隙式喷发,在裂隙又是一个点一个点,又是中心式,所以两者有的时候结合起来,形成喷发火山带。

在火山喷发最爆裂的一个形势叫做普里尼式。普里尼是意大利的火山学家,在公元79年的时候,维苏威火山喷发,把附近的庞贝城埋葬了。普里尼火山学家在现场做了观测及详细的记录,但他却不幸中毒了,最后以身殉职。为了纪念这位以身殉职的火山学家,把像维苏威火山这样的火山喷发形式叫做普里尼式。

还有乌尔勘式火山,在希腊文里面也是火神的意思,这个火山岛叫做乌尔勘岛,在地中海有好多群岛,所以用这个岛名作为火山名,所以一些拉丁文当中就是火山的意思。这种喷发一般是冒黑烟,中等强度的喷发,也有一种冒水蒸气,气体很大,但是冒白烟,叫做斯特朗博利式,这是一个岛,这个岛就是一个火山,这个火山很大,而且经常的喷发。

还有一种夏威夷式火山喷发,我们通常知道的,但是夏威夷式的群岛,东边最大的岛是一个火山岛,这个火山岛现在经常有火山喷发,地球上火山喷发比较活跃的地区,那么这种火山喷发,一般是中心式流出大量的岩浆,这种岩浆在我们地质上叫做急性岩浆,就是玄武岩的岩浆,他的粘稠度比较小,流动性比较强,所以每次形成大量的岩浆向外流动,有的时候形成很大的岩浆的海洋。

还有一种冰岛式火山喷发,冰岛实际是一个火山国,这个岛一共有4/5的地方是火山,这一种火山喷发,大量的,也是急性岩浆的逆流,形成瀑布,这种典型的喷发叫做冰岛式。这种岩浆不断从陆地上喷发出来,向海底流,在海岸线凝固,陆地的面积不断扩大,有的时候沿着裂隙喷发,规模小的时候沿着裂隙,大规模往外流淌。

火山喷发的级别

火山喷发有级别,现在科学上分了八级,这个八级是按照指数来分,10的三次方就是1000立方公里,就是喷发的,一次喷发的量是1000立方公里的定为八级,100立方公里定为七级,依此类推。像今年冰岛的喷发,宣传得很厉害,其实是一个很小规模的喷发,将近两级,规模不是很大。上个世纪只有两次大的喷发,一次是美国1986年的圣海伦斯火山喷发,大体相当于五级,喷出来1立方公里的喷发量,最大的就是菲律宾的皮纳图博火山,它相当于六级,喷出来10立方米的喷发物。

火山喷发出来有许多的喷发物,其中一种就是火山岩,岩浆。岩浆根据他含的二氧化硅的量不一样,分为低性,中性,中酸性和酸性。最低性是玄武岩,中性叫氨酸岩,中酸性叫做英安岩,酸性叫做流纹岩。不同的岩浆类型,温度不一样,就是越急性岩浆的温度越高,越酸性岩浆温度越低。由于含二氧化硅的量不一样,粘稠度不一样,急性岩浆,流动力比较强,喷发力比较弱,酸性岩浆,流动性比较弱,喷发力比较强,造成的危害比较大。喷出来的岩浆冷凝以后形成一些熔岩,各种形态都有。还有一些火山弹,像这个火弹,这个是比较典型的火山弹,像纺锤性,有的时候含有地球深部的包体。火山喷发可以把地下几十公里深的物质带上来,给我们提供了很好的研究地球深部的样品。

火山的分布

在地球上,是八大行星当中火山最多的一个星球。从分布来看,大致沿着太平洋沿岸,太平洋整个的沿岸是一个火链,地球上大概有2/3以上的火山在太平洋沿岸上,然后在一些大洋中脊或者是东非大裂谷或者地中海这些地方,还有其他的一些火山。最近英国的一些学者,特别是剑桥的火山学家,他们对海底的火山做了一些调查,调查的结果指出了在全球范围内高于1000米的海底火山有3.9万座,有近2.5万座还在进一步查找,也就是说,在地球海底里头还有大量的火山,当然这些火山并不都是活火山。全球现在有活火山大致有1350多座。海底有大量的火山,有活火山,也有大量的死火山。除了海洋和陆地以外,在冰天雪地的南极和北极也有火山,比如说南极,现在冰天雪地,98%以上被冰覆盖着,但是在南极也有活火山。

刚才是在全球的火山分布,我们中国近百年来几乎没有火山喷发。最近一次是1951年的昆仑上有一次小的火山喷发,很少有人到那个里头,现在也没有20人到过那里,而且规模很小,但中国也是一个比较多火山的国家,特别是在中国的东部地区。从东北到东南沿海地区,一直到海南岛,到广东这些地方都有火山分布,还有青藏高原,特别是北部可可西里到昆仑上有很多的火山,只是在近一些年来没有喷发的火山。中国也有一些活火山,像黑龙江的五大连池有内蒙的阿尔山,吉林的长白山,附近的龙岗地区都是活火山,还有台湾北边的大同,阳明山也是一个活火山,还有海南岛,云南的腾冲,昆仑山里的西库仑,我们国家也有10来座活火山的地方。

火山怎么形成的?

火山大部分分布在太平沿岸或者是一些大洋中脊,火山的形成或者是喷发,与板块运动密切相关。大家知道,地球表面,地壳是分板块的,这些板块原来是被称为大陆漂移,后来被证明假说是有依据的,形成了板块学说,板块突出的表现有海底扩张,有俯冲作用,有裂谷作用,这些地质作用都与火山喷发密切相关。所以,火山分布的地方,都是板皮的边界,也就是说,大洋板块向陆地板块俯冲的时候,插到陆地板块的时候,在地下形成岩浆,岩浆在一定程度上喷出来,在俯冲带形成大量的火山,形成火山链,大洋中脊,洋壳的厚度很薄的,岩浆涌上来,也会喷发一些火山,在一些大洋中脊的地方也有火山喷发。

火山的危害

火山是十大自然灾害当中的一种,被联合国排在第六位,火山喷出来的火、气、灰、岩石、以及放出来毒气和一些冲击力量会造成一些灾害。火山喷发还会引起崩塌、地震、海啸,还有一些冲击波,所以火山的灾害是很大的。比如说1986年美国西部的华盛顿州附近的圣海伦斯火山喷发,一下把山头掀掉了,还会使火山口的冰雪融化,形成很大的泥石流。

火山喷发对航空事业会造成很大的危害。现在航线,洲际航线大部分都爬到高纬度上去了。现在飞机一起飞,往高纬度爬,再过海峡,再下来,这个路线就短了,但是这个航线,跨越海峡,每天就100多个航班,但是这两个地方都是火山区,不管是远东地区,还是到了阿拉斯加这些,都是火山,每年这个地方不断有火山喷发,所以火山灰对飞机会产生很大的危险。

火山灰是很细腻的粉尘,如果飞机在飞行的过程中,前面滑轮转的过程中会把空气吸进来,把火山灰吸进去,火山灰一般在1000度左右会熔化,一般发动机里头,这个滑轮的转速形成的高温可能达到1400多度,那么火山灰一旦熔化形成的熔岩的水,要粘在滑行桨的页片上,会造成很大的危害,会使发动机不好使,而且这个火山灰是无孔不入,对航空确实会造成很大危害。所以今年年初的时候冰岛火山喷发,欧洲,特别是西欧的航空事业造成很大的影响

但是冰岛这次火山喷发,只有两级左右,是一个小规模的火山喷发,为什么有大量的火山灰?在火山口上面是一个大的冰川,那么大的冰川被热的岩浆熔化形成水蒸气,然后冰川化成水,在灌浇到火山口,好像我们火炉里面泼冷水,那么火山灰就喷发的更厉害,这是相互作用的,火山规模不大,但是造成的火山灰和火山气体太大,所以对航空事业影响很大。有人说火山灰会漂到中国来,火山气体飘到中国来,韩国那边也很凶,我当时说,这不可能,你要说空气当中一点没有他的痕迹不太可能,但是从冰岛到这来上万公里,那个火山气体或火山灰早就稀释掉了,不太可能造成那么大的影响。

火山喷发的时候,喷发力很强,尤其是在海边或者是海底喷发造成的海啸很厉害。海啸这种东西,在海洋里形成的水波,跟普通的波不一样,波长可以达上百公里,周期可以几分钟甚至一小时,传播的速度可以每小时达到700公里。并且这么长的传播过程中,能量减少的很小。1960年智利发生的火山喷发造成的海啸一直传了17000多公里,到达日本,造成很大的威胁。

另外,火山喷发的时候,也会造成地震。地震和火山常常是联在一起的,他们之间有什么关系呢?有火山喷发必有地震,但是反过来不完全,有地震不一定有火山。凡是火山喷发的时候,喷发之前,喷发当中都会发生一些地震,但是这些地震的规模不一定很大,但有的时候也会造成灾害。

火山喷发会对气候环境造成很大的影响。

第一,就是所谓的“阳伞作用”,火山喷发出来火山灰、火山气体进入大气层以后,形成气溶胶,在高空形成气溶胶层,气溶胶对太阳辐射的阳光有一个反射作用,所以等于在高空打个伞,号称“阳伞作用”。太阳光的热量被高空截了以后,不能到达地表,所以会形成短时间的天气降温,或者是阴雨天气比较多。

第二,在火山喷发的过程中会喷出大量的二氧化碳的温室气体还有水蒸气,比重比空气大,所以大部分在大气层的下部,又会在地球表面形成一个温室气体层,使地面的温度得不到释放,造成温室效应。另外,火山喷发大量的有害气体,特别是像硫化氢,氯组元素的气体,都会对天气、气候会产生很大的影响。

火山的另一面

火山在地球形成过程中发挥什么作用,应该说,地球的形成主要靠火山活动形成。在太阳系里面,八大行星当中,除了木星的i0以外,只有地球有频繁的火山喷发,在火星上也发现一些火山的痕迹。火山活动是星球富有生命力的象征。据美国《科学》杂志报道,来自加利福尼亚州斯克里普斯研究所的专家对火山喷发物中的羰基硫化物进行了深入研究,据推测,火山气体可能孕育了地球生命。生命火山学说虽然目前还没有确切的科学依据及研究成果,但也有一定道理。

除了对生命的形成有作用,火山对生命的演替也有很大的作用,在地球形成的46亿年以来,有过多次的生物灭绝。火山喷发产生大量的岩浆、气体、热量,对生态环境造成很大的影响。所以生物的演替或者是灭绝与火山作用有一定的关系。

火山给人类和自然界会创造很多的财富,应该说一个火山形成以后浑身都是宝。第一,土地资源,现在在海洋中的很多岛屿,大部分都是火山喷发形成的,夏威夷岛就是火山形成的,到太平洋,印度洋,大西洋一些岛屿,也都是火山,到地中海的一些岛屿也都是火山,所以火山提供了很多的岛屿。

第二,火山是重要的矿产资源,我们用的金属矿产、非金属矿产,还有一些宝石很多是火山作用形成的,像金属五矿产,金银铜铁铅锌,很多都是火山作用形成的,非金属,像这些,像这种火山灰,还有很多的非金属材料都是火山形成的。

还有火山区是很好的旅游资源,地球上美的地方大部分是火山区,比如日本富士山,这是一个很美的地方;美国的黄石公园,就是一个大的火山区;北爱尔兰的北海岸,巨人石,都是玄武岩,也是非常典型的。我们国家现在已经有181个国家地质公园,其中有20多个都是火山区,像东北、长白山这些地方,像福建、海南、腾冲这些地方都是火山区,所以火山区是风景非常秀丽的地方,很多美景都是火山造成的。

关于火山喷发预报

谈到长白山,顺便说一下,最近韩国一个同行,他说2014年长白山就要喷发,这个事情是不确切的,没有多大的依据,所以大家不要听这种说法。我国大概有十处可以称作活火山,但是有危险的活火山我认为有三处,一处是长白山,一处是腾冲,一处是台湾的阳明山,那么这些有危险的地方的火山,存在着再喷发的危险,但是并不像有人说2014年或2015年就喷发,这是不可能的,我可以跟你们说这句话,现在的科学水平,像火山、地震的事情,说得越准越不准,而且我们现在做的工作很薄弱,不可能有非常准确的预测。

火山活动是一种重要的地质作用,是地球的灵魂,是地球乃至其他行星富有生命力的象征,它贯穿于地球的整个时空和各个层圈,在地球形成演化中发挥作用,对全球变化产生重要的影响,也与生态起源和生物演替密切相关,蕴含着丰富的科学内涵和奥秘,他时而怒吼给自然界和人类社会造成很大的灾难,也塑造了气势磅礴、绚丽多彩的自然景观,展示了无限的魅力,给人类创造了丰富的财富,神奇的火山是大自然的骄子。 (编辑:李琳)


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