1 基本信息
火山噴發(fā)是指火山從地面下經(jīng)由一個(gè)通道,將氣體、碎屑或巖漿噴出地表的過程。通常包括三個(gè)階段:巖漿形成及初步上升、進(jìn)入巖漿庫(巖漿的儲(chǔ)存處)及噴發(fā)。
1.1 噴發(fā)長短
一些火山學(xué)家認(rèn)為,一座火山的噴發(fā)可以分為:
1、噴發(fā)脈波:一次持續(xù)數(shù)秒至數(shù)分鐘的噴發(fā)
2、噴發(fā)階段:一次強(qiáng)烈的噴發(fā)脈波又引起了數(shù)次的噴發(fā)脈波
3、一次噴發(fā):由數(shù)個(gè)噴發(fā)階段組成,持續(xù)時(shí)間由數(shù)天到數(shù)年不等
而史密森學(xué)會(huì)(The Smithsonian Institute)的另一種分法,是以每兩次噴發(fā)之間的靜止期間來界定一次完整的噴發(fā)。兩次噴發(fā)之間的間隔若超過三個(gè)月,那這兩次噴發(fā)就分屬于兩次不同的噴發(fā)。
2 影響因素
2.1 巖漿的成分及流動(dòng)性
火山噴發(fā)的型態(tài),受到噴出巖漿的流動(dòng)性及揮發(fā)成分的量影響,有著很大的不同。揮發(fā)成分的量會(huì)影響巖漿的噴發(fā)力道。揮發(fā)成分越多,火山灰及熔巖就會(huì)被噴得越高,也就是會(huì)形成較大的爆發(fā)。巖漿流動(dòng)性的指標(biāo),巖漿黏度主要是由巖漿中二氧化硅(SiO2)的含量火山噴發(fā)示意圖(從50%到70%)與溫度的高低來決定。二氧化硅越多或溫度越低,巖漿就越黏,流動(dòng)性也越低。另外噴出物的量越多,速度越快,被影響的區(qū)域也會(huì)跟著加大。
1、巖漿流動(dòng)性高而揮發(fā)性成分少:熔巖流不斷流出,但不太會(huì)發(fā)生爆炸。例:夏威夷的冒納羅亞火山
2、巖漿流動(dòng)性高且揮發(fā)性成分多:熔巖流以極高的角度噴出,有如噴泉一般。例:日本的三原山(伊豆大島)
3、巖漿流動(dòng)性低且揮發(fā)性成分少:沒有爆炸,熔巖流無法流得太遠(yuǎn)而堆積形成火山穹丘(或稱熔巖穹丘)。例:日本的昭和新山
4、巖漿流動(dòng)性低而揮發(fā)性成分多:爆炸性的噴發(fā)。
舉例來說,玄武巖巖漿含二氧化硅成分少,揮發(fā)成分也相對(duì)少且溫度高、黏度小。因此玄武巖巖漿流動(dòng)性大,其噴發(fā)相對(duì)較寧靜,多為巖漿的溢出,形成大面積的熔巖臺(tái)地和盾形火山。而流紋巖和安山巖巖漿富含二氧化硅和揮發(fā)成分,其流動(dòng)性差,因此火山噴發(fā)猛烈,爆炸聲巨大,有大量的火山灰、火山彈噴出,常形成高大的火山渣錐,并伴有火山碎屑流和熾熱火山云,往往造成重災(zāi)。
2.2 巖漿組成與火山形狀的關(guān)聯(lián)
依照巖漿成分的不同,可以簡單分為兩種不同的噴發(fā)方式。
寧靜式噴發(fā):由于黏滯性小,氣體易散失,故不易爆發(fā),而以溢流方式噴發(fā)。例如著名的夏威夷火山。
爆裂式噴發(fā):黏滯性大,流動(dòng)不易,內(nèi)部氣體無法獲得有效的散失,致使壓力增大。當(dāng)?shù)竭_(dá)無法負(fù)荷時(shí),便會(huì)以“爆炸”方式噴發(fā)。例如意大利維蘇威火山。
2.3 巖漿上升通道的特性
1、裂隙式噴發(fā):巖漿沿地表裂縫處溢流火山噴發(fā)。廣大的裂縫噴發(fā)會(huì)形成大片熔巖高原,稱之為洪流玄武巖或高原玄武巖。例如:印度的德干高原
2、中心式噴發(fā):巖漿以火山口為中心向四周噴發(fā),在壓力的作用下,會(huì)形成猛烈的噴發(fā)。
3、區(qū)域式噴發(fā):一個(gè)區(qū)域中有大量火山噴發(fā),形成大量的火山聚集。例如:中國的長白山,總共有164座火山分布在1000平方公里的范圍內(nèi)。
4、融透式噴發(fā):由于巖漿的高溫,把巖漿庫頂部的巖層熔化,使大量巖漿溢出地面。有時(shí)巖漿上升停留在淺處,沒能熔化頂部巖層,而就地冷凝固結(jié)下來,使地面隆起成丘狀,稱為潛火山或地下火山,也叫次火山。目前這種火山已經(jīng)不存在。
3 噴發(fā)地點(diǎn)
火山噴發(fā)的地點(diǎn),也對(duì)噴發(fā)的型態(tài)有所影響。火山噴發(fā)特別是當(dāng)水存在時(shí),會(huì)有劇烈的變化。
在深海中:水壓極大,無法產(chǎn)生爆炸,而且熔巖急速被海水冷卻,形成枕狀熔巖是其特征。
在淺海、湖泊、河川中,或是爆發(fā)過程中混合了地下水:猛烈的爆炸,稱為水火山式噴發(fā)(hydrovolcanic eruption)或蒸汽噴發(fā)。
在冰河下:與在深海中的結(jié)果相同,但若噴發(fā)使冰河融化,可能伴隨大規(guī)模的洪水。
4 噴發(fā)類型
火山的噴發(fā)類型是幫火山分類的其中一種方式,這會(huì)影響火山的形狀。1908年,阿爾弗萊德·拉克魯瓦(Alfred Lacroix)將火山的噴發(fā)分為四種類型:夏威夷式(Hawaiian)、史沖包連式(Strombolian)、伏爾坎寧式(Vulcanian)及培雷式(Peléan)。而后學(xué)者又增加兩類:冰島式(Icelandic,或稱蘇特塞式)及普林尼式(Plinian)。以上6種噴發(fā)形式為現(xiàn)今之分類方式,這些分類皆以其代表火山命名。但這仍不是最完善的分類方式,實(shí)際調(diào)查顯示,一座火山即使以某一種類型為主,并不代表它不會(huì)出現(xiàn)其他種類的噴發(fā)。
4.1 夏威夷式
此類火山的噴發(fā)物為大量基性熔巖流,巖漿黏度小,流動(dòng)性大,故爆裂較少。熔巖通常從火山口和山腰裂隙溢出,氣體釋放量不定。由于噴發(fā)時(shí)巖漿受到壓力作用,到達(dá)地表時(shí)會(huì)形成熔巖噴泉。
夏威夷式噴發(fā)通常會(huì)形成火紅的“熔巖河”,夏威夷式火山噴發(fā)熔巖往往是多次溢流,而且有許多裂隙作為通道。最后通常形成平坦的熔巖穹丘。1942年夏威夷的冒納羅亞火山(Mauna Loa)的爆發(fā)為此種火山之范例。該種火山的噴發(fā),可大略分為三個(gè)階段:
1、熔巖噴出期:第一階段,共持續(xù)數(shù)小時(shí),熔巖流堆積形成薄層的熔巖流或低丘。
2、熔巖漫流期:火山口中仍陸續(xù)有熔巖流出,使熔巖層及低丘繼續(xù)加厚。
3、噴氣期:只有氣體出現(xiàn),數(shù)量亦銳減。火山噴發(fā)已接近尾聲。
這種類型的噴發(fā)基本上不會(huì)有人員傷亡,但會(huì)造成農(nóng)田村莊的損壞及財(cái)産損失。
4.2 史沖包連式(史湯玻利式)
史沖包連式的噴發(fā)是以意大利的史沖包連火山史沖包連式火山噴發(fā)(史湯玻利火山)為范本。其噴發(fā)特征為熾熱的熔巖“噴泉”,其熔巖的黏性比夏威夷式要大,噴發(fā)時(shí)通常伴隨著白色蒸氣云。熔巖流厚而短,組成為玄武巖與安山巖。此種火山不斷噴出紅熱的火山渣、火山礫和火山彈,爆炸較為溫和。大部分的火山碎屑又落回火口,再次被噴出,其他的落到火山錐形成的坡上并滾下山坡。
4.3 伏爾坎寧式
伏爾坎寧式的噴發(fā)是以意大利的伏爾坎寧火山為范本。伏爾坎寧式火山噴發(fā)這種形式的火山噴發(fā)出的熔巖,較史沖包連式火山的熔巖黏度更大,噴發(fā)更為猛烈。不噴發(fā)時(shí),熔巖在巖漿庫的出口處堆積,形成厚重的凝結(jié)外殼,氣體會(huì)在其下聚集。
當(dāng)氣體的壓力增大到某個(gè)極限時(shí),會(huì)發(fā)生猛烈的爆炸(有時(shí)足以摧毀一部分火山錐)。這個(gè)爆炸使阻塞物被炸開,一些碎片和熔巖組成的火山彈和火山渣會(huì)被噴出。同時(shí)會(huì)伴隨含火山灰的“花椰菜狀”噴發(fā)云,這種烏云在黑夜中非常黑暗。當(dāng)火山口的“阻塞物”都被噴出后,就會(huì)有熔巖流從火山口或火山錐側(cè)緣的裂隙中涌出。
4.4 培雷式
培雷式噴發(fā)的范本是西印度群島馬丁尼克島的培雷火山,在1902年的噴發(fā)。培雷式噴發(fā)的巖漿黏度很高,爆炸特別強(qiáng)烈。明顯的特征為熾熱的火山碎屑流,一種溫度非常高的氣體,夾雜大量的碎屑及巖石,沿著山坡向下移動(dòng),產(chǎn)生類似臺(tái)風(fēng)的破壞。
在培雷式噴發(fā)中,欲向上逸散的氣體經(jīng)常被火山口中的熔巖堵住,使壓力逐漸增大,最后產(chǎn)生爆炸。熔巖被火山灰含量很高的氣體推動(dòng)而向外流出,但除了從火口中流出粘稠的熔巖外,其他地方?jīng)]有熔巖流出的現(xiàn)象。
4.5 普林尼式
普林尼式噴發(fā)是目前已知最猛烈的噴發(fā)型態(tài)。普林尼式盡管與培雷式噴發(fā)有些類似,但它們是不同的。普林尼式噴發(fā)有兩個(gè)最主要的特征,一是非常強(qiáng)烈的氣體噴發(fā)(產(chǎn)生數(shù)十公里高的煙柱),二是噴發(fā)會(huì)伴隨大量浮石的生成。普林尼式噴發(fā)的巖漿黏度非常高,火山碎屑物通常占總噴出物的90%以上。噴出物以浮石、火山灰為主,分布區(qū)域廣大。噴發(fā)煙柱因重力牽引下降時(shí)形成大規(guī)模的火山碎屑流。僅噴出極少量的熔巖。由于爆發(fā)強(qiáng)烈及物質(zhì)大量拋出,常形成錐頂崩塌的破火山口。“普林尼式噴發(fā)”這個(gè)名字是為了紀(jì)念古羅馬的老普林尼。此種噴發(fā)的范本是西元79年維蘇威火山的爆發(fā),這次爆發(fā)使龐貝被埋在平均7米厚的浮石層之下。1980年5月18日美國圣海倫火山的爆發(fā)也是普林尼式。
4.6 冰島式
冰島式噴發(fā)的火山通常是位于淺海中的火山。其玄武巖巖漿與海水接觸,產(chǎn)生水蒸氣爆炸,散布大量火山灰。冰島式噴發(fā)可歸類為水火山式噴發(fā)的一種。
5 造成危害
火山造成的災(zāi)害是產(chǎn)生了泥流堆積類似一般人所熟悉的土石流,是火山物質(zhì)混雜大量的水所形成,其成因很多,主要可歸納為二種:
熱的火山碎屑流、熔巖流或火山涌浪流在流動(dòng)的過程中,碰到大量的地表水,如河、湖水或雪而形成,因其形成時(shí),溫度可能還很高,故此種機(jī)制所形成的堆積物,稱為熱的火山泥流堆積(hot lahar)。
火山噴發(fā)后堆積在斜坡上未固結(jié)、松散的火山灰落堆積物、火山碎屑流堆積物和火山涌浪流堆積物,受到大雨沖刷或地震引起的崩塌,流入河流或湖泊內(nèi),都會(huì)形成火山泥流,此種機(jī)制所形成的堆積物,稱為冷的火山泥流堆積(cold lahar)。
火山泥流堆積如土石流,不僅能淹沒廣大的區(qū)域,同時(shí)也能沖垮任何建物,如1985年哥倫比亞 Nevado del Ruiz 火山和皮納吐坡火山的噴發(fā),前者因噴發(fā)所引起的火山泥流,把整個(gè)河谷和城鎮(zhèn)淹沒,造成近2500人死亡;后者則是火山噴發(fā)后,所堆積的未固結(jié)火山灰受到豪雨的沖刷侵蝕,引發(fā)了火山泥流堆積,雎事前有所防患,未造成人員傷亡,但仍然淹沒及沖毀廣大區(qū)域,造成重大的財(cái)產(chǎn)損失。
火山噴發(fā)和人類的活動(dòng)息息相關(guān)。火山作用具有毀滅性的破壞力,不僅造成人類財(cái)產(chǎn)的損失,更會(huì)危及人類與大自然動(dòng)、植物的生命;如西元79年意大利維蘇威火山爆發(fā),大量的火山灰覆蓋了鄰近的龐貝城,導(dǎo)致龐貝城不到一分鐘在歷史上絕跡。到17世紀(jì)龐貝城才被世人發(fā)現(xiàn),而且城中居民的尸體大部份也是保存得很完整。又如西元1991年的日本云仙火山的爆發(fā),造成數(shù)千名居民無家可歸,以及奪走了35條人命;皮納吐坡火山的爆發(fā),使得美國不得不放棄在西太平洋最大的海、空軍基地等;1902年,馬丁尼克的培雷山火山爆發(fā),使得這個(gè)法國的殖民地,一度無法回復(fù)之前的繁榮。