沒有火山行不行？

陳正全 樂兮 蘇小七

2022年1月15日凌晨，南太平洋島國(guó)湯加的海底火山突然噴發(fā)，引起了全世界的關(guān)注。此次火山噴發(fā)是21世紀(jì)以來最為劇烈的一次。自然災(zāi)害固然可怕，但生命的誕生也離不開像火山這樣的地質(zhì)活動(dòng)。

地球的青春痘

火山最令人恐懼的或許是那灼熱通紅的熔巖流，它的溫度可高達(dá)1200℃，將流經(jīng)之處吞噬殆盡。熔巖流看起來十分可怕，但其實(shí)它有粘性，流動(dòng)速度不算太快。

更為可怖的，其實(shí)是噴發(fā)出的火山碎屑與氣體混合成的火山碎屑流。它的速度可達(dá)300米/秒，溫度也可達(dá)800℃，夾雜著冰雹般的大小石塊、能鉆入肺泡可致窒息的極細(xì)火山灰，再混入高濃度的二氧化碳、硫化氫、二氧化硫、甲烷等有毒氣體……置身其中，幾乎沒有任何生還的可能。

歷史上，古羅馬名城龐貝就是被火山碎屑所掩埋。公元79年，維蘇威火山噴發(fā)，僅僅18小時(shí)，龐貝古城就被漫天襲來的超過100億噸的火山碎屑全部埋沒，最深處達(dá)到了19米。那些狂奔、攀爬、抱頭、蜷縮、甚至還在嬉戲、熟睡的人們，都永遠(yuǎn)被凝固在了生前的姿勢(shì)。

現(xiàn)在，尤其是經(jīng)過歐洲的一些飛機(jī)航線，經(jīng)常得“繞”著火山飛。直徑小于2毫米的火山灰無孔不入，它們非常堅(jiān)硬，摩擦損害機(jī)械，還可能帶電，干擾電子儀器;尤其當(dāng)它們被吸入發(fā)動(dòng)機(jī)，在高溫中熔融又結(jié)晶，附著在零件上，極易導(dǎo)致引擎故障，甚至使飛機(jī)就此“癱瘓”在半空中。

NASA認(rèn)為，對(duì)人類而言，超級(jí)火山的爆發(fā)，其實(shí)比任何小行星的撞擊都可怕。目前地球上大約有20座隨時(shí)都可能爆發(fā)的火山，其中最危險(xiǎn)的是美國(guó)黃石公園火山——世界上最大的活火山之一。

距今210萬年前，黃石發(fā)生了史上最大的火山噴發(fā)之一。威力足足超過8.0級(jí)地震10000倍，火山煙灰沖擊上了10萬米的高空，直達(dá)地球極光所在的熱層——廣島投下的“小男孩”原子彈的濃煙只有1萬余米，在它面前真只是個(gè)小男孩。

今天，這里仍暗流涌動(dòng)，地下被發(fā)現(xiàn)有180萬平方千米、接近于墨西哥大的巖漿房，距離地表最近處只有8公里，而且還在不斷膨脹。

生命的基礎(chǔ)

火山這么可怕，那沒有火山就好了？

如果把視線放大，你會(huì)發(fā)現(xiàn)，擁有火山，對(duì)地球來說，反而是一種幸運(yùn)。這還得從46億年前，地球剛形成時(shí)說起。

46億年前的地球，遠(yuǎn)不是現(xiàn)在湛藍(lán)寧?kù)o的模樣。剛剛撞擊形成的地球充滿熱量，表面覆蓋的全是熾熱火紅的巖漿，沒有大氣也沒有水，可以說就是一個(gè)“大火球”。

在冰冷的宇宙里，地球逐漸開始冷卻，密度大的元素沉去地心，密度小的浮向表面。表面的巖漿冷卻形成一層“外殼”，越向地心溫度則越高，最終形成了由外向內(nèi)的“地殼-地幔-地核”結(jié)構(gòu)。

其中，地幔由固體巖石構(gòu)成，但它具有塑性，也就是可以進(jìn)行“蠕動(dòng)”。其中一層巖石發(fā)生了部分熔融，帶著點(diǎn)兒“液態(tài)”的巖漿，地質(zhì)學(xué)上叫作軟流圈?；鹕絿姲l(fā)的巖漿，主要就來源于這里。

地核內(nèi)核源源不斷地向外散發(fā)著熱量。由于液態(tài)外核可以流動(dòng)，地幔巖石可以蠕動(dòng)，其中的物質(zhì)受熱都可以上升，這些熱量便在不同圈層間一路“接力”沖上地表，就形成了火山。完成“接力”后，物質(zhì)冷卻下降，回去再受熱上升，這便形成了一圈圈的熱對(duì)流。

液態(tài)外核和地幔中都有這樣的熱對(duì)流。液態(tài)外核里含有許多鐵鎳等導(dǎo)電的金屬物質(zhì)。在熱對(duì)流和地球自轉(zhuǎn)共同作用下，電磁感應(yīng)便形成了地磁場(chǎng)。

持續(xù)的地幔對(duì)流和火山活動(dòng)，將熱量不斷帶離地核，使導(dǎo)電物質(zhì)得以冷卻下降。這些對(duì)流活動(dòng)速度剛剛好，地球便擁有了穩(wěn)定且強(qiáng)大的地磁場(chǎng)。

地球的原始大氣主要是氫和氦，但它們質(zhì)量極小，很快就被太陽風(fēng)吹走了。是火山，不斷噴發(fā)出大量二氧化碳、水蒸氣、氮、臭氧等，形成了早期大氣。地球引力加上地磁場(chǎng)，便將大氣“鎖”在了地球上。

當(dāng)?shù)厍蜻M(jìn)一步冷卻，大氣中的水蒸氣變?yōu)橐簯B(tài)降下來，匯集在低洼處，就形成了原始海洋——水與火看似不容，但這些水有相當(dāng)一部分就來源于火山。

火山噴發(fā)出二氧化碳進(jìn)入大氣，二氧化碳又溶解于雨水中落在地表巖石上，與之發(fā)生化學(xué)反應(yīng)釋放出碳元素和礦物質(zhì)。它們隨河流匯入海洋，形成海底的碳酸鹽沉積;隨板塊俯沖與重熔，碳元素回到地幔，再由火山噴發(fā)而出。

火山噴發(fā)出二氧化碳進(jìn)入大氣，二氧化碳又溶解于雨水中落在地表巖石上，與之發(fā)生化學(xué)反應(yīng)釋放出碳元素和礦物質(zhì)。它們隨河流匯入海洋，形成海底的碳酸鹽沉積;隨板塊俯沖與重熔，碳元素回到地幔，再由火山噴發(fā)而出。

這便是地球獨(dú)有的碳循環(huán)，而火山就是其中的一個(gè)恒溫調(diào)節(jié)器。賓夕法尼亞大學(xué)地球物理學(xué)家布拉德·福利說，“如果火山?jīng)]有將二氧化碳送回大氣中，地球會(huì)變得非常冰冷，甚至封凍住?！?/p>

現(xiàn)在還有研究認(rèn)為，在火山的化學(xué)環(huán)境中，無機(jī)物轉(zhuǎn)化成了有機(jī)物;而這，正是生命出現(xiàn)的第一步。

火山塑造了一切

地球表面的巖石圈非常堅(jiān)硬，地幔里的熱對(duì)流則不斷“沖擊”著它，讓地球表面的巖石圈像碎蛋殼一樣被分為許多硬塊。這便是板塊構(gòu)造。現(xiàn)在，地球是太陽系中唯一擁有活動(dòng)構(gòu)造板塊的星球。

地球表面，地?！榜W”著板塊們緩慢移動(dòng)著。所以，板塊與板塊相遇的地方，常會(huì)發(fā)生擠壓、碰撞、俯沖等活躍的構(gòu)造運(yùn)動(dòng)，90%的火山活動(dòng)出現(xiàn)在這里。

還有一些火山位于板塊內(nèi)部，來自2900千米深的核幔邊界的熱流直接“沖上”地殼，像柱子一般，被稱為地幔柱，它們形成了熱點(diǎn)火山。

從地幔不斷上涌的巖漿，使得陸地裂開，海水涌入裂口，巖漿不斷噴發(fā)，形成增生的洋中脊，這是地球上最廣泛的火山活動(dòng)區(qū)域。

熔巖遇水冷卻后，構(gòu)成了新的海底，不斷擴(kuò)張將兩側(cè)的陸地越推越遠(yuǎn)，海洋也向外生長(zhǎng)。

但當(dāng)海洋擴(kuò)張到一定程度時(shí)，密度更大的海洋地殼，會(huì)在與密度更小的陸地的交接處發(fā)生俯沖，海底物質(zhì)便回歸地幔，海洋開始消減，直至完全閉合。

這過程中，兩側(cè)陸地將發(fā)生碰撞，形成造山帶，地球上最宏偉的喜馬拉雅山脈就是如此形成的?，F(xiàn)在的青藏高原，在幾千萬年前還是一片浩瀚的海洋，殘留的海洋在高原上留下了大大小小的湖泊。有一種看法認(rèn)為，青海湖最初就是由還存留在陸地上的海水匯集而成的。

洋中脊火山系統(tǒng)使得海洋生長(zhǎng)，推動(dòng)大陸分離，最終地球變?yōu)榱爽F(xiàn)在的“七大洲五大洋”模樣。板塊分離出現(xiàn)了環(huán)境隔離，再加上不同氣候帶的作用，生命便逐漸分化了現(xiàn)在差異巨大的物種。

如今，70%的地球表面都是火山巖，其中海底幾乎全由火山巖組成。火山噴出了豐富的地形地貌，熔巖冷卻形成高山、高原、丘陵、島嶼……中國(guó)的內(nèi)蒙古高原、峨眉山地區(qū)、潿洲島、澎湖列島等的形成，都與火山有關(guān)。

可以說，正是火山，塑造了地球如今的模樣。

“幸運(yùn)”的地球

放眼全宇宙，能像地球這么“幸運(yùn)”的星球可真不太多。

太陽系里，星球結(jié)構(gòu)與地球十分相似的水星，體積小，冷卻速度較快，它的地幔外區(qū)已冷卻。在過去的10億年中，水星的火山噴發(fā)和熔巖流都已停止，沒有地幔與火山帶走熱量促進(jìn)對(duì)流，水星的磁場(chǎng)已經(jīng)減弱到強(qiáng)度只有地球的1%;加上離太陽距離最近，遠(yuǎn)不足以抵擋太陽風(fēng)。水星上的大氣已經(jīng)全被吹跑了，上面也沒有水。

大小是地球的一半、距太陽更遠(yuǎn)的火星，冷卻速度更快。曾經(jīng)熔融的地核，可能已經(jīng)固化;內(nèi)部沒有活動(dòng)的巖漿，也沒有火山活動(dòng)?；鹦堑拇艌?chǎng)近乎消失，只有地球的1/800。火星上曾有降水沖刷的痕跡，說明它很可能擁有過大氣和海洋。但現(xiàn)在已經(jīng)失去了穩(wěn)定的大氣，大氣密度只有地球的1%。因此，許多地質(zhì)學(xué)家認(rèn)為，火星可能就是地球演化的下一階段，換句話說，也就是沒有火山，也沒有地質(zhì)運(yùn)動(dòng)之后，地球歸于平靜的未來。

可以說，火山活動(dòng)，就是一個(gè)星球具有“生命力”的象征;它就像人類青春發(fā)育期時(shí)，激素分泌旺盛所冒出的“青春痘”。

如果沒有了火山，那么這顆星球也就沒了心跳，沒有了推動(dòng)著一切代謝與重生的力量。不會(huì)有大氣和海洋，更不會(huì)有生命，只能慢慢暴露在宇宙中，歸于沉寂。

陳正全：中國(guó)地震局地質(zhì)研究所助理研究員

編輯??? 沈不言?? 786559681@qq.com