美國倒計時 第4章 引子INTRODUCTION (5)
    火山並不是時時刻刻都在噴發,它的噴發涉及一系列物理化學過程。地殼上地幔岩石在一定溫度壓力條件下產生部分熔融並與母巖分離,熔融體通過孔隙向上運移,並在一定部位逐漸積累而形成岩漿囊。隨著岩漿的不斷補給,岩漿囊的岩漿過剩,壓力逐漸增大。當表殼覆蓋層的強度不足以組織岩漿繼續向上運動時,岩漿則通過薄弱帶向地表上升。在上升過程中,熔結在岩漿中的揮發成分逐漸溶出,形成氣泡,當氣泡佔有的體積分數超過75%時,禁錮在液體中的氣泡會迅速釋放出來,導致爆炸性噴發。氣體釋放後岩漿粘度降到很低,流動轉變成湍流性質的,如果岩漿黏滯性數較低或揮發成分較少,便僅有寧靜式溢流。

    通俗說來,就是地球深處的巨大壓力把氣體和水分與熾熱的岩漿混淆在了一起,就像碳酸飲料的氣,在壓力下可以溶到水中去,但如果壓力減輕,它們就會分離出來,體積迅速膨脹產生巨大的衝擊力。當岩漿在火山底下聚積的時候,由於其中的一部分物質逐漸凝結成岩石從中分離,剩餘的物質中,氣體和水分的含量會越來越高,衝擊力也會越聚越強。當其從地殼中衝開一條出路的時候,大量岩漿便會順著衝開的出路湧向地面,這時壓力急劇減少,氣體和水分迅速膨脹,如同炸藥一樣炸開地表形成火山驟然的爆發。

    氣爆後,噴發柱接踵而至

    火山氣體爆炸之後,氣體以極大的噴射力將通道內的巖屑和深部岩漿噴向高空,形成了高大的噴發柱。噴發柱又可分為三個區:氣沖區、對流區和擴散區。

    氣沖區位於噴發柱的下部,相當於整個噴發柱高度的十分之一。因氣體從火山口衝出時的速度和力量很大,雖然噴射出來的岩塊等物質的密度遠遠超過大氣的密度,但它也會被拋向高空。氣沖的速度,在火山通道內上升時逐漸加快,當它噴出地表射向高空時,由於大氣的壓力和噴氣能量的消耗,其速度逐漸減小,被氣衝到高空的物質,按其重力大小在不同的高度開始降落。

    位於氣沖區上部的對流區,因噴發柱氣沖的速度減慢,氣柱中的氣體向外散射,大氣中的氣體不斷加入,形成了噴發柱內外氣體的對流,因此稱其為對流區。該區密度大的物質開始下落。密度小於大氣的物質,靠大氣的浮力繼續上升。對流區氣柱的高度較大,約占噴發柱總高度的7/10。

    噴發柱的最頂部就是擴散區,此區噴發柱與高空大氣的壓力達到基本平衡的狀態。噴發柱不斷上升,柱內的氣體和密度小的物質是沿著水平方向的擴散,故稱其為擴散區。被帶入高空的火山灰可形成火山灰雲。火山灰雲能長時間飄流在空中,而對區域性的氣候帶來很大影響,甚至會造成災害。此區柱體高度占柱體總高度的2/10左右。

    噴發柱在上升的過程中,總是攜帶著不同粒徑和密度的碎屑物,這些碎屑物依著重力的大小,分別在不同高度和不同階段塌落。

    火山噴發並非千遍一律,因此,噴發形式也各有不同。

    火山噴發形式各異

    由於各火山岩漿成分的不同,火山噴發的方式也不一樣。

    如果岩漿成分主要是玄武岩質?拂,那麼,噴發多是溢流,稱為「寧靜式噴發」。因為這種熔岩氣體易散失、黏滯性小、流動性好,所以,爆發力相對較弱。

    但是,如果岩漿多為安山巖?髵這些中酸性的物質,那麼,黏滯性大,流動不易,內部氣體無法獲得有效的散失就會致使壓力增大。

    當到達無法負荷時,便會以爆發的方式噴發,所以,這種噴發叫做「爆裂性噴發」。

    1908年,專家克洛克斯(A.Lacroix)根據火山噴發物質及形態將火山噴發具體分成:夏威夷式(Hawaiian)、史沖包連式(Strombolian)、伏爾坎寧式(Vulcanian)、皮連式(NueeArdente)四類。

    夏威夷火山群的火山爆裂活動較少,熔岩自火山口流出後便沿著火山裂縫的斜坡向下緩緩流淌,形成觀賞性的火山岩燼。

    意大利西西里島以北的黎八里群島是史沖包連式的代表之一。這個火山的噴發自有史以來一直未停,所噴出的基性熔岩流體較少,酸性碎片物質較多,在空中形成黑煙狀雲,因經常有熾熱火焰噴出,故有海上燈塔之稱。

    伏爾坎諾亦為黎巴裡群島火山之一,但它噴發的方式卻是伏爾坎寧式。這個火山噴發的物質富含黏性,一旦接觸空氣,易凝結成固體,故在兩次噴發之間,噴出的岩漿已凝結成硬殼,俟第二次噴發時又將凝成熔岩外殼沖裂成碎片,大量火山灰同大量氣體向上衝出,在空中形成黑色花椰菜狀雲,這種烏雲使黑夜更加黑暗,表示雲中物質並未白熱化,故缺乏亮光。

    皮連式火山的噴發較為猛烈,所噴出的烏雲最為濃厚,噴發的物質黏性最大,一種極度灼熱細灰和較粗的岩石碎片,混合著熾熱的氣體,合成一種乳汁狀的物質,猛烈的向上衝去,形成白熱光芒的雲,也就是著名的皮連雲,亦稱火山雲。這種雲裡的物質極不穩定、黏性也大,等到積聚稍厚,上浮力繼續支持它們在空中飄浮,加上重力的作用,乃以極大速度向下墜落,任何生物觸之即死。

    現在,學者又在典型的火山噴發方式中加入了冰島式和普林尼式。

    冰島式火山多是位於淺海中的火山,其玄武岩岩漿與海水接觸,產生水蒸氣爆炸,散佈大量火山灰。

    普林尼式噴發是目前已知最猛烈的噴髮型態。這種噴發有兩個最主要的特徵:一是非常強烈的氣體噴發(產生數萬米高的煙柱),二是噴發會伴隨大量浮石的生成。普林尼式噴發的岩漿黏度非常高,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,分佈區域廣大。噴發煙柱因重力牽引下降時形成大規模的火山碎屑流。僅噴出極少量的熔岩。由於爆發強烈及物質大量拋出,常形成錐頂崩塌的破火山口。歷史上幾次最嚴重的火山噴發事件幾乎都是這種噴發模式,包括:公元79年維蘇威火山的爆發和1980年的聖海倫火山噴發。

    火山殺傷力量級

    火山活動是地球內部能量釋放的一種表現方式,火山噴發的威力,通常通過火山爆發指數來衡量。與人們熟悉的地震一樣,地震由震級來度量,震級越高,地震所釋放的能量就越大,火山亦如此。火山噴發中,危險性最大的就是爆炸性噴發,其中最大的災害是噴發柱,因此,科學家現在習慣於用噴發物總量與噴發柱高度來衡量火山釋放的能量,這種量度通常被稱為火山爆發指數(VEI)。爆發指數越高,火山釋放的能量就越大。火山爆發指數每增加1個單位,其釋放的能量就增加近1個量級,爆發的威力就是上一級別的10倍。

    其中,火山爆發指數最小的1級,其噴發體積大約也在10—5—10—3為(0.00001—0.001)立方千米、噴發柱的高度約為0.1—1千米,相當於地震6.6級;當火山爆發到達4級時,幾乎是火山噴發後果的一個轉折點,危害由弱轉強,火山噴發體積為0.1—1立方千米、噴發柱高達10—25千米,相當於一次8.5級地震。當火山爆發指數達到8級時,就可以被稱為超級火山。目前已知的最大的火山噴發就是黃石超級火山,這個火山現已經蟄伏了64萬年,這正說明,大型火山的噴發週期相對會延長,因為它們需要更長時間來積累能量和補給岩漿,也許沉默得越久,就爆發得越厲害。

    火山噴發危害無窮

    全球每年都有50多次火山爆發。火山爆發時,噴湧的熾熱岩漿會吞噬地面上的一切,並引發一系列其他災害——海嘯、泥石流和洪水等;不僅會給人類的生命財產帶來嚴重危害,而且對人類的生存環境產生極大的影響。全世界至少已有20座城市被爆發的火山瞬間毀滅。有史以來,最早的記錄就是約公元前1450年的古希臘,當時繁華的克諾索斯古城就因桑托林火山的爆發被夷為平地,古老的米諾斯文明在強大的自然力量下消失不見,只餘地中海上悠遠的傳奇故事。

    也就是說,火山噴發的災害通常包括由火山噴發本身所造成的直接災害以及由火山噴發而引起的間接災害。事實上,這兩種災害經常兼而有之。這些災害包括:火山碎屑流、火山熔岩流、火山灰引發的災難,以及伴隨這些災難連鎖產生的環境破壞。

    火山碎屑流是某些火山爆發最具毀滅性的結果。火山碎屑主要為液化的氣體、灰和岩石,可能從火山氣孔以每小時700千米的速度向外噴出,氣體溫度通常在100—800攝氏度。火山碎屑通常在重力之下沿著山坡快速流下。它的高溫與速度足以摧毀沿途的各種物質和建築,歷史上維蘇威火山摧毀龐貝古城就是典型的實例。

    火山熔岩流是從火山口噴溢流出的熔岩,這種呈液態的熔岩在地表所經範圍大,造成的危害也很嚴重。但是,通常熔岩流沒有火山碎屑流和泥石流來得兇猛。

    這兩種物質的危害還是可見的,但像火山灰這種「隱形殺手」就讓人心有餘悸了。火山灰是火山爆發時由岩石或岩漿被粉碎成的細小顆粒。火山灰不同於煙灰,它堅硬、不溶於水,由岩石、礦物、火山玻璃碎片等組成,一般直徑小於2毫米,其中極細微的火山灰稱為火山塵。

    火山灰影響面廣泛,包括航空、建築、人體以及地球溫度與環境等多方面。

    火山爆發時熾熱的火山灰隨氣流快速的上升,將對飛行安全造成威脅。下落的火山灰也會給人們帶來傷害,1991年皮納圖博火山噴發時,颱風和雨使又濕又重的火山灰降落到人口稠密的地區,約200人死在壓塌的屋頂下。微小的火山灰還會侵入人與牲畜的呼吸系統。

    火山灰影響環境的事例也不在少數。

    火山噴發不可避免的會引起森林火災和造成毀林的後果。然而,一旦地球上的森林減少或沒有,那麼,生物的90%都將被消滅,70%的淡水也因無法被儲蓄而白白流入大海,90%的動植物也會面臨乾旱,生物碳化物將減少70%,生物釋放的氧氣也會減少67%,地球會面臨空氣污染和太陽輻射等滅頂之災。

    嚴重的時候,還會引發全球降溫和火山酸雨。

    被火山噴發出的大量火山灰和其他化學物質,在進入大氣後會懸浮在大氣中,這些顆粒會形成一層厚厚的保護層,把太陽光反射回宇宙。並且,這些浮塵在一兩年內就將全部落到地面,它們可以使地球在一兩年裡氣溫下降。

    縱觀近代幾次巨大的火山爆發,由火山噴發形成的平流層氣溶膠增加以及輻射效應造成全球氣候變化。1883年喀拉喀托火山爆發、1903年墨西哥的柯裡瑪火山爆發、1912年阿拉斯加卡特邁火山爆發,均使以後的全球平均氣溫下降0.3—0.6℃。1982年3—4月間的墨西哥欽喬納火山爆發,在太平洋和印度洋上空出現了厚達3000米的火山灰雲層。這次爆發後的一年,使得東南亞變冷,並使澳大利亞、印度尼西亞連續乾旱而遭受饑荒。

    火山噴發氣體中的二氧化硫甚至還會形成火山酸雨。酸雨落到地面會對植物造成直接危害,農作物也會大幅減產。

    每次火山噴發也許是一種致災因素,也可能是幾種因素的綜合作用,由此造成火山災害。全球有噴發記載的火山553座,共記錄了5321次噴發。據統計,爆發式噴發3595次,占噴發總數的67.6%;噴溢熔岩流的1228次,占23.4%;發生有火山泥石流的235次,占4.5%;發生有火山碎屑流的有188次,占3.5%;產生有熔岩穹丘的約167次,占3.%。

    火山在地球誕生至今一直起著巨大的作用,火山噴發又可以輕而易舉的影響與破壞人類生存的環境。當然,矛盾總是有兩面的,這個魔鬼的背面,是地球沃土的澆灌者。
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