地球/6c. 地球的火山：当地球爆炸时！
作为岩石圈扩张点，中洋脊是新的地壳形成的离散边界。在漫长的地质时间内，这些新的洋底地壳推动着大陆分离。如果新的地壳是由这些中洋脊形成的，那么一定存在其他地方，地壳在那里被同等程度地破坏或回收进地球内部。虽然，在 1900 年代早期，一些疯狂的理论提出地球随着时间的推移而膨胀，不断变大，但地震和火山发生位置的地图揭示了其他地方，地球的地壳似乎被一个被称为俯冲的过程所破坏。俯冲是指岩石圈板块向下运动进入更深层的熔融软流层，而岩石圈板块的这种向下运动是由一个岩石圈板块覆盖另一个向下俯冲的岩石圈板块所引起的。俯冲最初是由太平洋两岸的两名科学家发现的，他们仔细聆听地球内部深处传来的声音。
钢琴通过敲击不同长度的琴弦来产生声音。每根琴弦都会产生一个特定频率的声音，该声音会以匹配的频率传递到气体粒子中。这些声波在耳朵中被听到，因为气体粒子随着振动耳膜的运动波纹起舞。地质学家休戈·贝尼奥夫像听音乐一样倾听地球：倾听来自地球深处的振动，并在三维空间中绘制这些振动。声波随距离变化，在传播过程中会损失能量。低频声波传播得比高频声波更远，通过倾听地球，贝尼奥夫可以绘制出地球内部深处声音起源的位置。在某些区域，这些声音的起源非常深，延伸到地球表层以下，到达近 670 公里的深度。贝尼奥夫在 1940 年代确定了新西兰北部、汤加群岛下方南太平洋的一个深度地震产生声音的区域。
独立地，一位名叫和田清夫的日本研究员也在倾听地球发出的声音，他也发现了太平洋深处超深地震的区域，这一次是在他位于日本的家中附近。如今，这些区域被称为瓦达蒂-贝尼奥夫带，它们标志着地壳被一层岩石圈板块俯冲到另一层岩石圈板块下方而被破坏的区域。当这两层巨大的脆性岩石相互摩擦时，来自这些深层地震的振动会从这些地下瓦达蒂-贝尼奥夫带中辐射出去。绘制地震深度的图可以标出两块岩石圈地壳板块之间的边界，因为一块板块俯冲到另一块板块下方。这些区域表现出最危险的地震和爆炸性火山。在太平洋，这条地震和火山的环带被称为火环！
俯冲是指冷的脆性岩石圈在另一层厚厚的岩石圈下方下沉。这个过程使向下俯冲的岩石圈板块经受极度高温和高压。向下运动的板块融化成熔融岩浆，而熔融岩浆密度较小，会上升，形成一个容易发生大规模地震和巨型爆炸性火山的区域。这种现象在北美西北海岸沿线有所体现，那里是一系列大型火山，包括著名的圣海伦斯山，耸立在喀斯喀特山脉之上。
.jpg)
.jpeg)
1980 年 5 月 17 日，四名科学家站在营地边缘，眺望华盛顿州喀斯喀特山脉中一座活火山的景色。胡安·德富卡板块是一个小型岩石圈板块，它起源于西北太平洋海岸外海洋中洋脊的离散板块边界。该板块的运动方向为东，它在俯冲带中俯冲到北美大陆边缘下方。在这个区域之上，贝克山、雷尼尔山、胡德山和亚当斯山等大型火山从云层中探出，山峰覆盖着积雪。它们共同构成了喀斯喀特山脉。其中最美丽的山峰之一是圣海伦斯山，它曾经被称为美国的富士山，因为它的形状曾经对称。1980 年，这座山是一座休眠火山，最后一次喷发是在近 150 年前的 1842 年，尽管最后一次大规模喷发是在 1482 年左右。
大卫·约翰斯顿对火山喷发的火山气体很感兴趣，他希望能从遥远的营地监控火山喷发，那里可以欣赏到火山冲向天空的壮丽景色。营地里还有两位年轻的女科学家，明迪·布鲁格曼和卡罗琳·德莱杰，她们开车到附近的营地过夜。明迪·布鲁格曼设计了一种激光测距仪，可以测量距离。激光测距仪被安装在营地山脊上，那里可以无遮挡地看到六英里外的火山，并收集数据，以确定火山边缘的距离，因为火山边缘似乎在向上隆起。她们来这里是为了研究火山的运动，并在数据收集方面提供帮助。她们打算在约翰斯顿的拖车附近扎营。
科学家们的到来是一系列事件的结果，这些事件始于3月15日。在那一天，1980年，美国地质调查局 (USGS) 在1972年安装的地震仪探测到了一系列地震，这些地震表明火山可能很快喷发。USGS 火山学家大卫·约翰斯顿开始前往这座山，并开始测量温度和收集空气样本。直升机把他送到火山上的偏远岩架上。从这些下降点，他迅速攀爬危险的斜坡，进行实验和数据收集。3月27日，一股火山灰和气体羽流喷发到空中近7000英尺，但几周后，喷发奇怪地停止了。火山似乎恢复了休眠状态。在名为冷水二号的营地，明迪·布鲁格曼的激光测距仪表明，这座山实际上在向上和向外隆起，因为地下开始积聚气体。激光反射在唐·斯旺森放置在山坡上的镜子上。令人惊讶的是，根据他们远程激光测量，这座山每天都在增长5到8英尺。那天晚上，天气异常晴朗。明亮的星星在夜空中闪烁。营地是一个理想的地方，可以观察这座山，并观察地质过程的演变。这四位年轻的科学家都是训练有素的地质学家，但他们很年轻，因此愿意冒着生命危险，只为欣赏一生一次的火山喷发。大卫·约翰斯顿比其他人更了解他们所处的危险。他认为，火山气体在上升的穹顶下方积聚，最近没有发生蒸汽喷发，这预示着山体下方存在一颗定时炸弹。蒸汽喷发是指火山喷发期间，火山气体和热蒸汽从火山中爆炸性喷出的现象，这些爆炸性喷发会产生大量的灰烬和火山碎屑岩，将它们喷射到火山上空的空中。它们非常危险。
是什么让火山具有爆炸性？
[edit | edit source]
火山可以根据其二氧化硅 (SiO2) 含量来分类。硅 (Si) 和氧 (O) 都是亲石元素，在大陆岩石中很常见，在地球的地壳和岩石圈中也很常见。二氧化硅与玻璃中的分子相同，与玻璃一样，固体 SiO2 在地球表面的压力和温度下会碎裂成小块。如果你曾经打破过玻璃碗或在厨房里被一块锋利的玻璃割伤，你就会意识到二氧化硅的脆性。在俯冲板块上方的地壳中，二氧化硅含量较高，这在很大程度上是由于其熔点和与水 (H2O) 的相互作用。当 H2O 和 SiO2 一起俯冲时，来自上覆海洋的水会填充岩石中的孔隙，并随着深度增加而过热成蒸汽。这种蒸汽或非常热的水蒸气有助于降低周围二氧化硅岩石的熔点，从而在比没有水的情况下更低的温度下形成熔融液体和岩浆库。岩浆在上升时也会由于压力的降低而融化，当物质向上穿过地壳时会越过熔点。含有大量二氧化硅的岩浆被称为流纹岩浆。流纹岩浆是火山中最具爆炸性的岩浆类型。与之相反的岩浆类型是玄武岩浆，它含有较少的二氧化硅，因此粘度较低；这种类型的岩浆通常会以缓慢流动的熔岩的形式从火山中流出。熔岩是已到达地表并从火山或火山喷口流出的熔融液体岩浆，有时速度很快，有时速度很慢。玄武岩浆中的二氧化硅含量低，因此爆炸性较小，但当熔岩以熔岩的形式遇到建筑物和道路时，会导致重大损害，它会燃烧它遇到的所有东西；木制房屋、钢铁汽车和混凝土建筑。
二氧化硅可以与其他元素反应形成各种称为硅酸盐的矿物。它们主要是在大陆地壳中形成石英；它是地球表面最常见的矿物之一。火山学家测量火山中二氧化硅的含量，以确定火山的爆炸性。岩石中二氧化硅含量在50%或以下的火山被称为玄武岩火山。玄武岩火山是爆炸性最小的火山，包括许多从富含玄武岩的海底地壳中喷发的火山。像夏威夷火山这样的玄武岩火山会产生流动的熔岩。熔岩是地表上的液态熔融岩石，而岩浆是用来指埋在地下的液态熔融岩石的术语。两者都非常热，温度在800°到2000°摄氏度之间（大多数在1000°到1200°摄氏度之间）。光滑的流动熔岩会冷却形成绳状熔岩。绳状熔岩是玄武岩岩石，由于低粘度熔融熔岩，它们会形成光滑的起伏或绳状块体。块状熔岩（读作啊-啊）是玄武岩岩石，由于高粘度熔融熔岩，它们会形成非常粗糙和崎岖的易碎块体。
含有大量二氧化硅和水的爆炸性火山会在喷发期间产生大量的火山灰。这是由于这些类型的火山在喷发期间释放的火山气体增加造成的。火山碎屑是指从火山中喷出的熔融岩石和岩浆，通常被地下火山气体的积累推入空中。火山灰是指在火山附近积累的厚厚的火山碎屑物沉积物。火山灰由喷射到空中的细小的火山碎屑颗粒组成，由于它们尺寸很小，可以被风吹到很远的地方。2010年冰岛埃亚菲亚德拉冰盖火山和2011年冰岛格里姆火山喷发都产生了大量的火山灰，导致欧洲取消了数千次航班。如此大规模的火山灰喷发会导致全球温度略微下降，例如1815年坦博拉火山、1883年喀拉喀托火山和1991年皮纳图博火山的大规模喷发，都在太平洋东南部。这些大规模喷发导致了大量的 CO2 和 SO2 的释放，但天空变暗是由于大量火山灰的释放造成的，这些火山灰使照射到地球表面的阳光减少，从而使地球温度暂时下降了约1摄氏度。
火山类型
[edit | edit source]火山是指地球上任何熔融物质从其喷发的地理特征。包括海底山脊的海底火山，以及在地表喷发的火山。火山也可以位于南极洲的冰盖下，导致深处的冰川融化。火山根据其大小和形状进行分类。
成层火山
[edit | edit source]
成层火山是指具有陡峭圆锥形山体的火山，由火山灰或熔岩层组成，是典型的火山形状，顶部有一个圆形火山口。这些火山由向上移动的岩浆储备支撑，熔岩从火山口流出，或火山碎屑岩从高火山口喷出。日本的富士山和圣海伦斯山是这种典型火山类型的例子。
盾状火山
[edit | edit source].jpg)
盾状火山是更大的、形状宽阔的火山，形成一个宽阔的穹顶状地形。它们是由冷却的熔岩流的逐步堆积形成的，而不是由火山碎屑岩的喷射形成的，因此往往坡度较小。夏威夷大岛上的莫纳罗亚火山是盾状火山的例子。
火山碎屑锥
[edit | edit source]
火山碎屑锥或火山渣锥是较小的火山，由大量喷出的火山碎屑岩形成，这些火山碎屑岩沿着火山喷口堆积，形成一堆物质。火山渣锥的例子是位于亚利桑那州弗拉格斯塔夫北部的屎罐（有时也被称为 SP 火山）。它们往往比较小，并且经常与其他更大的火山密切相关。它们可以由裂隙喷发形成，裂隙喷发是指火山场内开裂形成喷口。
破火山口火山是活动火山中最大的，其直径可达数公里，占地面积巨大。它们形成巨大的岩浆房，这些岩浆房太大，以至于无法得到火山岩体的支撑，最终会塌陷，形成中心坑，并随着水的注入而形成湖泊。由于规模较大，破火山口火山喷发威力最大，破坏性也最强，其影响范围可以延伸到离中心很远的地方。尽管喷发频率较低，但历史上曾经发生过多次这种超级喷发。黄石国家公园就是一个破火山口火山的例子，它坐落在一个超级火山之上，俄勒冈州的火山口湖是一个较小的破火山口火山。
溢流玄武岩火山是大型火山，它们会向周围地势低洼地区喷出大量的熔岩流，覆盖范围非常广。这些火山喷发时会形成广泛的玄武岩层，为我们留下了溢流玄武岩火山的证据。哥伦比亚河溢流玄武岩就是一个典型的例子，厚厚的熔岩层覆盖了俄勒冈州的大片区域。
大型岩浆区（LIPs）是规模巨大的火山喷发，会导致大规模熔岩喷发，岩浆会沿着延伸的岩脉和岩床流动。岩脉是垂直的岩浆房，而岩床是水平的岩浆房。大型岩浆区覆盖了地球上大片区域（数千公里），通常与生物大灭绝有关。这些喷发形成了印度的德干地盾和俄罗斯的西伯利亚地盾。之所以称为“地盾”，是因为它们留下的玄武岩地貌十分陡峭复杂。
大多数火山都位于俯冲板块地区，但并非所有火山都沿着这些板块边界形成。许多火山，尤其是海底火山，都位于洋中脊。其他火山则位于裂谷带，这些裂谷带是地壳上覆板块被拉伸变薄的地方（有时会被拉开并断裂成正断层），这使得地壳下方薄弱区域的熔融岩浆能够向上流动，而另一些火山则与热点有关。
**热点**是一种地质上引人注目的特征，据信是由软流圈深处的浅层岩浆对流向上涌动，甚至是由地幔深处更深层的热量向上涌动引起的。这种额外的热量导致上方的岩石圈板块融化。就像一根蜡烛放在一块上面经过的纸张下方一样，热点会导致一系列被灼热的火山，从最活跃到休眠到熄灭，因为岩石圈板块会经过该热点。夏威夷群岛据信是由太平洋上的一个热点形成的，而黄石国家公园也被认为是热点穿过北美大陆内部造成的。热点理论存在争议，一些地质学家认为它们并非由对流驱动的岩浆地幔柱形成，而是由这些地区岩石圈板块破裂或断裂造成的。关于热点起源的地幔柱与板块之争在地质学界仍然十分激烈。
火山对靠近它们的人们构成重大威胁。快速移动的火山碎屑流可以吞噬城市，火山喷气孔释放的有毒气体可以杀死动物和人类，火山灰会造成斜坡失稳和大型滑坡，冲毁村庄，与火山相关的地震会引发海啸。数千人死于火山爆发。1985年，哥伦比亚的内华多·德·鲁伊斯火山喷发，导致大规模火山泥流（称为“火山泥石流”）冲毁了阿美罗市，造成超过23000人死亡。1982年墨西哥的埃尔奇琼火山喷发，火山灰覆盖了大片区域，导致当地农业遭受重大损失，并造成居住在火山附近的4000人死亡。密切监测地震仪非常重要，当发生地震时，可以及时预警，以便疏散附近的城镇和城市。陡峭的火山斜坡上的排水沟也容易发生火山碎屑流，因此不应长期居住在这些地方，因为它们对居住在那里的人们构成危险。由于火山喷发频率较低，而且周期往往超过人类的寿命，人们对火山造成的破坏记忆模糊，常常错误地认为安全无虞。
大卫·约翰斯顿知道那天晚上他在俯瞰圣海伦斯山的营地里会面临危险。他告诉明迪·布鲁格曼、卡罗琳·德赖德格和哈里·格利肯，他们应该开车回温哥华。他们想留下来过夜，但听到约翰斯顿语气中的担忧后，他们决定离开。他们下山开车，只有大卫·约翰斯顿留下来看着星星，等待着山爆发。1980年5月18日上午8:32，晨曦照耀着约翰斯顿的露营拖车，他突然看到面前这座巨大的山开始坍塌。山体侧面的隆起部分塌陷，火山灰以侧向的方式直射向他的山脊。整个山体一侧被向上和向外喷射出来，向他飞去，以秒速跨越了6英里。他伸手去拿对讲机，断断续续地发出最后一句话：“温哥华！温哥华！就是现在！”他生命中的最后时刻被当地无线电业余爱好者应急服务员杰里·马丁观察到，当时他正在更高处的观测点露营。他发来了消息：“各位，我南边的那辆露营车和汽车被覆盖了。我也会被击中。”从此以后，他再也没有消息。这次爆炸重塑了地形的形状，整个山体一侧坍塌并被炸向大卫·约翰斯顿所在的山脊。大约300平方英里的土地被彻底摧毁，57人在喷发中丧生，其中包括大卫·约翰斯顿和杰里·马丁。三位幸存者，明迪·布鲁格曼、卡罗琳·德赖德格和哈里·格利肯开车回到了温哥华，他们将毕生致力于研究火山，并告诫公众火山带来的危险。
地球是一个充满活力的星球，它正在被以快慢不同的时间尺度运作的过程改造着。地球内部蕴藏着巨大的热量和压力，一旦释放，就会造成灾难。
| 上一页 | 当前页 | 下一页 |
|---|---|---|