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长白山火山专题
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火山基础知识

火山是高温的地下岩浆经地下通道喷出地表后,形成的固体碎屑、熔岩流等喷出物,围绕着喷出口堆积而成的隆起的丘或山。地壳之下100至150千米处,有一个“液态区”,区内存在着高温、高压下含气体挥发成份的熔融硅酸盐物质,即岩浆。它一旦从地壳薄弱的地段冲出地表,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,在自然状态下衰变,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状态。这些岩浆一旦冲破地壳喷出地面,就形成了火山。

岩浆分为原生岩浆和再生岩浆。原生岩浆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。原生岩浆凝固形成最原始的地球外壳。再生岩浆包括原生岩浆变异出的岩浆和重熔岩浆。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浆,它们都是再生岩浆,只是来源深度、通道、物质成分及分异程度不同而已。

岩浆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,岩浆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挤压力,使岩浆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,岩浆结晶或发生其他物化反应,产生一些水和气及其他物质,形成膨胀挤压力,使岩浆和其他气液态物质由地球内部向外移动或喷发到地表。

2、火山构造

火山是由火山锥、火山口和岩浆通道组成。

火山锥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状隆起。大部分火山锥体顶部中心常见圆形的漏斗状、盆状凹陷,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。通常是岩浆回撤、火山自身塌陷时形成,或浅部岩浆囊喷发而形成的。大量岩浆的撤退可能是由于其构造支撑的丧失而造成的。

3、火山的类型

(1)按活动情况将火山分为活火山、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浆系统或岩浆房时,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。

死火山指史前曾发生过喷发,但有史以来一直未活动过的火山。此类火山已丧失了活动能力。有的火山仍保持着完整的火山形态,有的则已遭受风化侵蚀,只剩下残缺不全的火山遗迹。

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状态的火山。此类火山都保存有完好的火山锥形态,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。如我国长白山天池火山,曾于1327年和1658年两度喷发,在此之前还有多次活动。虽然没有喷发活动,但从山坡上一些深不可测的喷气孔中不断喷出高温气体,可见该火山如今正处于休眠状态。

这三种类型的火山之间没有严格的界限。休眠火山可以复苏,死火山也可以“复活”,相互间并不是一成不变的。

(2)火山喷发类型按岩浆的通道分为裂隙式喷发、熔透式喷发和中心式喷发三大类。

裂隙式喷发又称冰岛型火山喷发。岩浆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状,向下呈墙壁状。这类喷发没有强烈的爆炸现象,喷发温和宁静,喷出的岩浆为粘性小的基性玄武岩浆,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浆上升时,由于温度很高,再加上岩浆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、形状不规则的火山通道;岩浆失去压力后大面积溢出地表。炽热的岩浆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。这类喷发有时岩浆上升停留在中途,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,地下岩浆热力较大,常造成熔透式岩浆喷发,现代已不存在。

中心式喷发岩浆沿火山喉管喷出地面。

(3)按火山锥形态分为盾状火山、锥状火山和复合型火山。

盾状火山是具有宽阔顶面和缓坡度侧翼(盾状)的大型火山,其火山锥形状扁平、坡度缓(2°~10°),顶部有碗状火山口。火山挤出的产物主要为低粘滞性的玄武岩岩浆,夏威夷岛(大岛)是典型的盾状火山。复合型火山为多次喷发所建造,其平面近似圆形,坡度约30°,顶部有一个漏斗状火山口,火山锥成层明显,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。锥状火山主要由玄武岩、安山玄武岩组成,火山锥相对高差50米~750米,火山外壁坡度15度~30度,形状呈截顶圆锥体,其上火口保存完整,在一些主火山锥体上,发育有寄生火山锥,相对高差小于50米。

4、火山的分布

板块构造理论建立以来,很多学者根据板块理论建立了全球火山模式,认为大多数火山都分布在板块边界上,少数火山分布在板内,前者构成了四大火山带,即环太平洋火山带、大洋中脊火山带、东非裂谷火山带和阿尔卑斯-喜马拉雅火山带。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(李鸿业,1993)提出两极挤压说,揭开了地球发展的奥秘,他认为在两极挤压力作用下,地球赤道轴扩张形成经向张裂和纬向挤压,全球火山主要分布在经向和纬向构造带内。

(1)环太平洋火山带(又称环太平洋带、环太平洋地震带或火环),南起南美洲的安第斯山脉,经北美洲西部的落基山脉(科迪勒拉山系),转向西北的环太平洋火山带阿留申群岛堪察加半岛,向西南延续的是千岛群岛日本列岛琉球群岛、台湾岛、菲律宾群岛以及印度尼西亚群岛,全长4万余公里,呈一向南开口的环形构造系。环太平洋火山带也称环太平洋火环,有活火山512座。

环太平洋带,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、堪察加半岛、日本、菲律宾和印度尼西亚。

环太平洋火山带的火山岩主要是中性岩浆喷发的产物,形成了钙碱性系列的岩石,最常见的火山岩类型是安山岩,距海沟轴150-300公里的陆地内,安山岩平行于海沟呈弧形分布,即成所谓的“安山岩线”。另一特点是,自海沟向陆地方向岩石有明显的水平分带性,一般随与海沟距离的增大,依次分布为拉斑系列岩石、钙碱性系列岩石和碱性系列的岩石。这里的火山多为中心式喷发,火山爆发强度较大,如果发生在人口稠密区,则往往造成严重的火山灾害

(2)洋脊火山带

大洋中脊也称大洋裂谷,它在全球呈“W”形展布,从北极盆穿过冰岛,到南大西洋,这一段是等分了大西洋壳,并和两岸海岸线平行。向南绕非洲的南端转向NE与印度洋中脊相接。印度洋中脊向北延伸到非洲大陆北端与东非裂谷相接。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带。根据洋底岩石年龄测定,说明大洋裂谷形成较早,但张裂扩大和激烈活动是在中生代到新生代,尤其第四纪以来更为活跃,突出表现在火山活动上。

据有关资料记载,大西洋中脊仅有60余座活火山。冰岛位于大西洋中脊,冰岛上的火山我们可以直接观察到,岛上有200多座火山,其中活火山30余座,人们称其为火山岛。

(3)红海沿岸与东非火山带

东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,经马拉维肖,向北纵贯东非高原中部和埃塞俄比亚中部,至红海北端,长约5800公里,再往北与西亚的约旦河谷相接;西支南起马拉维湖西北端,经坦喀噶尼喀湖、基伍湖、爱德华湖、阿尔伯特湖,至阿伯特尼罗河谷,长约1700公里。裂谷带一般深达1000-2000m,宽30-300公里,形成一系列狭长而深陷的谷地和湖泊,如埃塞俄比亚高原东侧大裂谷带中的阿萨尔湖,湖面在海平面以下150m,是非洲陆地上的最低点。

中生代裂谷形成以来,火山活动频繁,尤其晚新生代以来更为盛行,据统计,非洲有活火山30余座,多分布在裂谷的断裂附近,有的也分布在裂谷边缘百公里以外,如肯尼亚山、乞力马扎罗山和埃尔贡山,它们的喷发同裂谷活动也密切相关。东非裂谷火山带火山喷发类型有两种,一种是裂隙式喷发,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、莫桑比克的兰埃山和埃塞俄比亚的埃特尔火山等。

(4)地中海-印度尼西亚火山带

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。这一火山带喷发的岩浆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。活火山主要分布在环太平洋火山带,地中海-喜马拉雅 - 印度尼西亚火山带、大洋中脊火山带和红海-东非大陆裂谷带。中国境内的新生代火山锥约有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县的卡尔达的火山。火山的分布受控于全球板块构造。

火山活动是一种宇宙自然现象。宇航探测发现月球、火星、金星、木卫一上均有火山活动。

5、火山灾害

(1)火山泥石流,火山爆发喷出的大量火山灰和暴雨结合形成泥石流能冲毁道路、桥梁,淹没附近的乡村和城市,使得无数人无家可归。泥土、岩石碎屑形成的泥浆可象洪水一般淹没了整座城市。

(2)火山碎屑污染(包括火山灰、火山云、火山气体等),火山碎屑是火山喷出的岩浆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。火山灰流和泥流都带有灾害性。许多火山喷发时都要喷出大量的火山灰,如1980年美国圣海伦斯火山喷发的火山灰达1.1Km3,15分钟内射入24Km的高空,悬浮在空中的火山灰在大气环流的带动下,能在几日内扩展到数百乃至数千公里远,降低空中的透明度,影响飞机的正常运行。火山喷发时还要喷射出许多气体,除水蒸气外,还有二氧化碳、二氧化硫、硫化氢和卤化物等,大多数是对人和生物有害的。

(3)火山碎屑流,火山碎屑流是主要的火山杀手之一,具有极大的破坏性和致命性。由于其速度很快,因而很难躲避。火山碎屑流是气体和火山碎屑的混合物。它不是水流,而是一种夹杂着岩石碎屑的、高密度的、高温的、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,在火山喷发后,有一定概率会形成熔岩流。呈液态在地表流动的熔岩被称为熔岩流,熔岩流冷却后形成固体岩石堆积有时也称之为熔岩流。呈液态流动的熔岩温度熔岩流常在900°C~1200°C之间,如熔岩中气体的含量多,更低的温度也能流动。酸性熔岩粘滞,流动不远,大面积的熔岩流常为基性熔岩。温度高、坡度陡时,熔岩流的流速可达每小时65km。

(5)火山山体滑坡,在火山喷发之后,火山喷发所产生的巨大震动,会导致火山周边的泥土松动,从而导致山体滑坡

(6)火山地震,通常在火山喷发期间及其前后的一段时间内都会发生地震,尤其是火山喷发之前,地震是很频繁的,强烈的火山地震可以导致房屋倒塌甚至危及人们的生命安全

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