超級(jí)火山的威力有多大?

許建東

“火山”（volcano）一詞，來(lái)源于上古的希臘神話。神話中的火神是赫斐斯塔斯，他代表著燃燒、發(fā)光和火焰。后來(lái)赫斐斯塔斯搖身一變，成了羅馬神話中的烏干火神，這位眾神中的鍛工，為奧林帕斯山的鍛爐裝配了工具，濃煙滾滾的山口是烏干的熔爐煙筒。人們認(rèn)為，火山噴發(fā)時(shí)的隆隆爆炸聲，是烏干在錘擊鐵砧；而火山口冒出的陣陣噴火和滾滾濃煙，則來(lái)自他的熔爐。而古代文獻(xiàn)里最常見(jiàn)的一種說(shuō)法是：意大利西西里海附近的一個(gè)名叫烏爾卡諾（Vulcano）的火山島，就是烏干的熔爐所在地。

火山的“死”與“活”

按照活動(dòng)性的差異，火山可分為3種類(lèi)型：活火山、休眠火山、死火山。活火山主要指正在噴發(fā)和預(yù)期可能再次噴發(fā)的火山；休眠火山指的是曾經(jīng)噴發(fā)過(guò)、現(xiàn)在處于休眠狀態(tài)，將來(lái)可能再次噴發(fā)的火山；而死火山，則是指那些最后一次噴發(fā)距今已經(jīng)很久遠(yuǎn)，并被證明在可預(yù)見(jiàn)的將來(lái)不會(huì)噴發(fā)的火山。

火山的“死”與“活”是相對(duì)的。傳統(tǒng)上，人們將有過(guò)歷史噴發(fā)或有歷史噴發(fā)記載的火山稱(chēng)為活火山。但是，在不同國(guó)家和地區(qū)，歷史或歷史記錄可能大相徑庭，有的國(guó)家或地區(qū)只有三四百年，有的則可長(zhǎng)達(dá)三四千年，甚至更久。在那些渺無(wú)人煙的偏遠(yuǎn)地區(qū)，即使是發(fā)生在近代的活火山噴發(fā)，也可能不為人知，毫無(wú)歷史記錄。顯然，基于歷史或歷史記錄的活火山定義既不完整，也不符合實(shí)際情況。于是，根據(jù)對(duì)大量活火山噴發(fā)間隔期和熄滅的火山最后一次噴發(fā)時(shí)間的統(tǒng)計(jì)，一些火山學(xué)家提出一個(gè)有一定時(shí)間條件限制的、得到了改進(jìn)的活火山定義，即根據(jù)不同國(guó)家、不同地區(qū)的具體情況，把在過(guò)去1萬(wàn)年、5000年或2000年以來(lái)有過(guò)一次噴發(fā)的火山，稱(chēng)為活火山。但實(shí)際上，火山下面是否存在著活動(dòng)的巖漿系統(tǒng)，是判斷一座火山“死”與“活”的關(guān)鍵所在，因?yàn)檫@是火山噴發(fā)的物質(zhì)基礎(chǔ)。一般認(rèn)為，在活火山和休眠火山下面，都存在著一定規(guī)模的活動(dòng)巖漿囊系統(tǒng)；而位于死火山下面的巖漿囊系統(tǒng)，由于缺乏巖漿補(bǔ)給而變得枯竭和不活動(dòng)。

目前，地球上已發(fā)現(xiàn)的死火山約有2000余座，活火山共有523座，其中陸地上有455座，海底有68座，主要集中分布于世界四大火山帶：環(huán)太平洋火山帶、大洋中脊火山帶、東非裂谷火山帶和阿爾卑斯-喜馬拉雅火山帶。

在歷史上噴發(fā)過(guò)的已知超級(jí)火山中，有的已經(jīng)“死”去，而有的還“活”著，或者僅僅處于休眠狀態(tài)。

如何度量火山噴發(fā)威力

要了解超級(jí)火山的無(wú)比威力，那就得先了解火山爆發(fā)指數(shù)。與人們熟悉的地震一樣，火山活動(dòng)也是地球內(nèi)部能量釋放的一種表現(xiàn)方式。地震由震級(jí)來(lái)度量，不同震級(jí)代表不同地震所釋放的能量大小，震級(jí)越高，地震所釋放的能量就越大。火山亦如此?；鹕絿姲l(fā)中，危險(xiǎn)性最大的就是爆炸性噴發(fā)，其中最大的災(zāi)害是噴發(fā)柱，因此科學(xué)家現(xiàn)在習(xí)慣于用噴發(fā)物總質(zhì)量與噴發(fā)柱高度來(lái)衡量火山釋放的能量，這種量度便通常被稱(chēng)為火山爆發(fā)指數(shù)（Volcanic Explosivity Index，簡(jiǎn)稱(chēng)VEI），爆發(fā)指數(shù)越高，火山所釋放的能量就越大。

從火山爆發(fā)指數(shù)VEI表中可以看出，火山爆發(fā)指數(shù)每增加1個(gè)單位，其釋放的能量就增加近1個(gè)量級(jí)，而其噴發(fā)周期也將相應(yīng)延長(zhǎng)，原因顯而易見(jiàn)，大型噴發(fā)需要更長(zhǎng)時(shí)間來(lái)積累能量和補(bǔ)給巖漿，也許沉默得越久，就爆發(fā)得越厲害——超級(jí)火山尤其如此，它擁有超級(jí)巖漿囊，噴發(fā)周期超長(zhǎng)，以醞釀規(guī)模特大的超級(jí)噴發(fā)。

蟄伏的超級(jí)火山

所謂超級(jí)火山，是指火山爆發(fā)指數(shù)（VEI）達(dá)到8的火山，它的威力令人驚駭：噴發(fā)體積達(dá)到1,000立方千米，噴發(fā)柱高達(dá)45千米以上。最近研究成果顯示，目前地球上至少發(fā)生過(guò)47次這種超級(jí)火山噴發(fā)事件，其中有42次發(fā)生在始新世晚期以來(lái)（距今約3600萬(wàn)年）。最古老的一次超級(jí)噴發(fā)，發(fā)生在中奧陶世（距今約4.54億年），根據(jù)對(duì)北美和歐洲大陸上發(fā)現(xiàn)的火山灰的研究估算，該次噴發(fā)物的體積在1500立方千米以上。

美國(guó)的黃石火山也是一座超級(jí)火山，200余萬(wàn)年來(lái)，發(fā)生過(guò)3次超大規(guī)模的噴發(fā)。在每次災(zāi)變性事件中，超大體積的巖漿沖破地表，猛烈噴發(fā)而出，并以熾熱的浮巖、火山灰和氣體的混合物形式釋放到大氣中。這些混合物還形成火山碎屑流，涌向四面八方，如此大體積的巖漿，在火山的地下產(chǎn)生了迅速抽空作用，造成地面大面積塌陷，吞沒(méi)了上覆群山，造就了寬闊洼地狀的火山沉陷，形成了黃石國(guó)家公園的宏偉地貌景觀。黃石公園的平均海拔高度達(dá)2438米，邊緣更是高峻雄奇，其間峽谷縱橫、瀑布飛漱，它能成為世界上最偉大的天然公園之一，正是火山的杰作。

210萬(wàn)年前，黃石火山第一次噴發(fā)，噴出的巖漿量達(dá)到2450 立方千米，火山灰覆蓋了今天美國(guó)國(guó)土的1/2。這是地球上五大噴發(fā)之一，形成的破火山口直徑大于100 千米。130萬(wàn)年前，它再度噴發(fā)（VEI=6），造就了位于黃石國(guó)家公園西側(cè)的島公園之內(nèi)的亨利?？似苹鹕娇冢纬闪肆硪黄瑥V泛分布的凝灰?guī)r。64萬(wàn)年前，黃石地區(qū)第三次超級(jí)噴發(fā)，造就了80 千米長(zhǎng)、55 千米寬的黃石破火山口，破火山口塌陷陡壁高度在50 米以上，噴發(fā)物體積達(dá)到1000 立方千米，向大氣層中拋出了體積巨大的火山灰，在遠(yuǎn)離黃石的愛(ài)荷華州、路易斯安那州和加利福尼亞州，都可見(jiàn)到這次噴發(fā)的產(chǎn)物。

目前，黃石公園到處點(diǎn)綴著間歇泉和天然溫泉，地面散發(fā)的熱氣比北美洲平均高出30~40倍。這股熱氣驅(qū)動(dòng)了黃石公園里最吸引游客的熱液景點(diǎn)，即世界上最壯觀的間歇泉、溫泉、泥沸泉和熱蒸氣噴出口。地下水經(jīng)過(guò)地下深處的熾熱巖漿囊加熱后，沸水中的蒸汽通過(guò)地殼的許多裂隙到達(dá)地表，形成了這些星羅棋布的溫泉。7.5萬(wàn)年以來(lái)，盡管黃石火山?jīng)]有發(fā)生過(guò)大規(guī)模熔巖或火山灰噴發(fā)，但科學(xué)家從廣泛分布的溫泉和由監(jiān)測(cè)臺(tái)網(wǎng)所得到的信息表明，該火山并沒(méi)有死亡，仍存在大噴發(fā)的危險(xiǎn)。

那么，這個(gè)“超級(jí)火山”將在何時(shí)爆發(fā)呢？目前，對(duì)全世界的火山學(xué)家來(lái)說(shuō)，爆炸性火山的預(yù)警仍然是個(gè)挑戰(zhàn)。對(duì)火山活動(dòng)的早期發(fā)現(xiàn)，主要依賴(lài)于地震活動(dòng)、地表變形的異常增加，以及某些指標(biāo)性的地球化學(xué)元素含量的異常變化。這些要素變化的實(shí)質(zhì)，就是巖漿系統(tǒng)壓力的變化和巖漿的運(yùn)動(dòng)，確實(shí)為我們提供了火山噴發(fā)的一些前兆性信號(hào)。但是，爆炸性火山兩次噴發(fā)之間的間歇期，往往長(zhǎng)達(dá)幾百年乃至上千年，甚至更久；而長(zhǎng)期休眠后的火山噴發(fā)前兆形式大相徑庭，即使同一座火山的不同噴發(fā)，表現(xiàn)出的前兆形式也有所不同，如日本有珠火山，先后在1910、1944和1977年噴發(fā)過(guò)3次，但噴發(fā)前的表現(xiàn)形式均各不相同，因此，對(duì)爆炸性火山而言，沒(méi)有可以適用的普遍規(guī)律。我們需要對(duì)每座火山、每次噴發(fā)進(jìn)行具體的監(jiān)測(cè)與分析研究。上個(gè)世紀(jì)，對(duì)1980年美國(guó)圣海倫斯火山（VEI=5）和1991年日本云仙岳火山（VEI=6）噴發(fā)的成功預(yù)警預(yù)報(bào)，增強(qiáng)了人們對(duì)活動(dòng)火山的監(jiān)測(cè)研究和未來(lái)噴發(fā)預(yù)報(bào)的信心。但是，精確地預(yù)報(bào)火山噴發(fā)仍然任重道遠(yuǎn)，反常的前兆信號(hào)和錯(cuò)誤警報(bào)率仍然較高。對(duì)于超長(zhǎng)期休眠的超級(jí)火山，尤其不能等閑視之，因?yàn)槠鋰姲l(fā)前兆信息的表現(xiàn)特點(diǎn)、異常強(qiáng)度和持續(xù)時(shí)間，與常規(guī)級(jí)別的火山相比，往往有天壤之別。簡(jiǎn)而言之，對(duì)超級(jí)火山噴發(fā)前兆信號(hào)的連續(xù)監(jiān)測(cè)，由于其異常持續(xù)時(shí)間很長(zhǎng)，恐怕絕非一代人所能完成。令人欣慰的是，美國(guó)聯(lián)邦地質(zhì)調(diào)查局、猶他大學(xué)和黃石國(guó)家公園共同組成的黃石火山觀測(cè)站，堅(jiān)持不懈地密切監(jiān)測(cè)著該地區(qū)的火山活動(dòng)狀況，因此人們大可不必為地球內(nèi)部的這顆“定時(shí)炸彈”而憂(yōu)心忡忡。

中國(guó)活動(dòng)火山現(xiàn)狀

上個(gè)世紀(jì)90年代，中國(guó)科學(xué)界加強(qiáng)了對(duì)長(zhǎng)白山天池火山、騰沖火山及五大連池火山的監(jiān)測(cè)與研究，拉開(kāi)了我國(guó)活動(dòng)火山研究的序幕。如果20多年前還有人懷疑中國(guó)是否存在活火山，那么20多年來(lái)的監(jiān)測(cè)與研究成果表明，今天擺在我們面前的長(zhǎng)白山天池火山，無(wú)疑有潛在噴發(fā)危險(xiǎn)。

長(zhǎng)白山天池火山，是目前中國(guó)大陸危險(xiǎn)性最大的巨型現(xiàn)代活動(dòng)火山，公元946年曾噴發(fā)過(guò)一次，那次噴發(fā)被認(rèn)為是近兩千年來(lái)地球上規(guī)模最大的爆炸性大噴發(fā)之一，爆發(fā)指數(shù)到達(dá)VEI=7，噴發(fā)物總體積在100立方千米以上，噴發(fā)柱高達(dá)30余公里，噴出的火山灰向東飄落至日本北海道南部一帶，覆蓋地面厚達(dá)5厘米，近期有研究成果報(bào)道，在距離火山口2000千米外的千島海溝附近的深海沉積物中也發(fā)現(xiàn)了這次噴發(fā)的火山灰。過(guò)去的研究結(jié)果還顯示，公元946年的那場(chǎng)大噴發(fā)，摧毀了當(dāng)時(shí)長(zhǎng)白山區(qū)遼闊的原始森林，厚大的空降浮巖堆積，覆蓋了火山周?chē)鷶?shù)千平方千米的地帶，噴發(fā)物堰塞了松花江上游的河道，鴨綠江、圖們江、錦江上游填滿(mǎn)了厚大的火山碎屑流，形成現(xiàn)今壯觀的大噴發(fā)火山景觀。而在此前的公元前2100年前后，天池火山還發(fā)生過(guò)另一場(chǎng)大噴發(fā)，規(guī)模不亞于公元946 年那場(chǎng)大噴發(fā)。

在現(xiàn)今天池火山口50千米半徑范圍內(nèi)，從大規(guī)模噴發(fā)毀滅的森林炭化木遺骸以及大量火山碎屑物來(lái)預(yù)計(jì)，如果長(zhǎng)白山天池火山再次發(fā)生公元946年那樣的大規(guī)模噴發(fā)，后果將不堪設(shè)想：上述范圍內(nèi)的一切生命將灰飛煙滅，而從二道白河—松花江的火山泥石流的分布及厚度來(lái)估計(jì)，它們將有可能摧毀位于松花江、鴨綠江水系中的一系列大、中、小型水庫(kù)和水電站，從而導(dǎo)致全流域泛濫成災(zāi)，釀成極為嚴(yán)重的原生和次生火山災(zāi)害。因此，從火山災(zāi)害的規(guī)模、目前火山區(qū)迅速增加的人口密度和自然資源生態(tài)環(huán)境保護(hù)等方面來(lái)考慮，開(kāi)展對(duì)長(zhǎng)白山天池火山未來(lái)噴發(fā)危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)和災(zāi)害性評(píng)估，并制定出針對(duì)性預(yù)防措施，給社會(huì)公眾提供安全保障，對(duì)于保證該地區(qū)社會(huì)穩(wěn)定、協(xié)調(diào)發(fā)展，都是絕對(duì)必需的。

遠(yuǎn)在我國(guó)西南邊陲的云南騰沖火山地區(qū)，在半徑約55千米、面積9000平方千米的范圍內(nèi)，密集地分布著220多個(gè)火山巖體。從李根源《烈遺山記》中描述的“騰沖多火山，志載明成化、正德、嘉靖、萬(wàn)歷年間（公元1465-1620年）火山爆發(fā)多次”，《徐霞客游記》中記載的1609年打鶯山火山噴發(fā)，說(shuō)明在幾百年前，騰沖火山區(qū)確實(shí)有過(guò)火山噴發(fā)。如今，騰沖火山區(qū)是我國(guó)活火山區(qū)地?zé)犸@示最為顯著的地區(qū)，如熱海地區(qū)的水溫均在100℃左右，近年來(lái)，水熱活動(dòng)似有增強(qiáng)之勢(shì)，發(fā)生過(guò)多起水熱爆炸事件。微震觀測(cè)存在巖漿沖擊型地震與地震測(cè)深剖面和大地電磁測(cè)深的結(jié)果，都顯示出可能存在殼內(nèi)巖漿囊。這些火山是否醞釀著新的噴發(fā)危險(xiǎn)，使人們不能不特別關(guān)注騰沖火山的未來(lái)活動(dòng)。

五大連池火山群共有14座火山，位于黑龍江省西北部，熔巖流面積約800 平方千米。130萬(wàn)年來(lái)，這里發(fā)生過(guò)7次集中的噴發(fā)活動(dòng)，最近一次噴發(fā)即老黑山和火燒山在1720-1721年間的噴發(fā)，持續(xù)時(shí)間為一年零五個(gè)月，火山噴泉高出火山錐300~500米。據(jù)最新的地球物理探測(cè)成果顯示，目前該地區(qū)地殼內(nèi)沒(méi)有明顯的低阻巖漿囊存在，火山噴發(fā)通道內(nèi)的巖漿已冷卻，區(qū)內(nèi)也沒(méi)有明顯的地?zé)崃黧w釋放活動(dòng)，火山活動(dòng)目前可能處于休眠狀態(tài)，但仍需加強(qiáng)監(jiān)測(cè)。

近年來(lái)，中國(guó)的火山監(jiān)測(cè)研究工作得到了政府的高度重視和支持。目前，“十五”期間建成的中國(guó)火山監(jiān)測(cè)臺(tái)網(wǎng)已經(jīng)進(jìn)入了日常運(yùn)行階段?！皣?guó)家火山臺(tái)網(wǎng)中心”，是中國(guó)火山監(jiān)測(cè)臺(tái)網(wǎng)的數(shù)據(jù)匯集、交換、分析、處理與數(shù)據(jù)共享、信息發(fā)布中心，也是一個(gè)反應(yīng)迅速、功能全面、安全可靠、滿(mǎn)足火山監(jiān)測(cè)要求的國(guó)家火山監(jiān)測(cè)中心，它對(duì)全國(guó)火山監(jiān)測(cè)臺(tái)網(wǎng)的數(shù)據(jù)進(jìn)行匯集、存儲(chǔ)、分析，同時(shí)承擔(dān)火山巖測(cè)試、火山揮發(fā)份測(cè)試、火山災(zāi)害模擬等實(shí)驗(yàn)室工作，負(fù)責(zé)火山異常判斷、火山災(zāi)情分析、火山預(yù)警組織會(huì)商和上報(bào)等任務(wù)，以及通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)提供數(shù)據(jù)服務(wù)和火山宣傳工作。我國(guó)目前已查明有潛在噴發(fā)危險(xiǎn)的活動(dòng)火山14座，已納入日常監(jiān)測(cè)的火山包括：吉林省長(zhǎng)白山天池火山和龍崗火山、黑龍江省五大連池火山和鏡泊湖火山、云南省騰沖火山以及海南省瓊北火山。隨著我國(guó)活動(dòng)火山研究的不斷深入，相信在不久的將來(lái)，對(duì)全國(guó)范圍內(nèi)有潛在噴發(fā)危險(xiǎn)的火山的全面監(jiān)測(cè)便有望實(shí)現(xiàn)，最終提高我國(guó)火山災(zāi)害的防御能力、有效地減輕火山災(zāi)害。