火山有“過” 亦有“功”

張唯誠

從火山斜坡上俯沖而下的火山碎屑流是由火山灰、氣體和巖石組成的

地球上現(xiàn)有大約1500座活火山，自人類有記錄以來，它們中有大約500座噴發(fā)過。

火山爆發(fā)會(huì)造成人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失，但令人驚訝的是，大約三分之二的人員傷亡發(fā)生在火山開始噴發(fā)一個(gè)多月之后，這是因?yàn)閲姲l(fā)造成的饑荒、山體滑坡之類的后續(xù)事件導(dǎo)致了進(jìn)一步的傷害。例如，一些人在火山噴發(fā)后又返回到危險(xiǎn)地帶，從而遇到隨后的噴發(fā)或者山體滑坡。

科學(xué)家們已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，在造成人員傷亡的各種因素中，火山碎屑流的殺傷力比此前認(rèn)為的更大。火山爆發(fā)時(shí)，火山灰、氣體和巖石噴涌而出，它們組合在一起，形成以颶風(fēng)般的速度從斜坡上俯沖而下的熱流，這就是火山碎屑流?；鹕剿樾剂鞣浅ＮｋU(xiǎn)，這是人們早就知道的，但近期的研究表明，此前人們低估了它的危險(xiǎn)性。這項(xiàng)由新西蘭梅西大學(xué)的火山學(xué)家格特·盧貝領(lǐng)導(dǎo)的研究指出，火山碎屑流導(dǎo)致的壓力有一種內(nèi)在的節(jié)奏，它時(shí)大時(shí)小，形成了脈沖似的沖擊，這是它具有更大破壞性的原因。

火山活動(dòng)并不僅僅存在于地球上，其他行星和衛(wèi)星上也存在火山。例如，火星、水星和金星都曾經(jīng)有過活躍的火山活動(dòng)，木衛(wèi)一更是太陽系中火山活動(dòng)最活躍的天體之一。木衛(wèi)一是木星的4顆最大衛(wèi)星中最靠近木星的一顆，它有400多座火山，其中一些正在噴發(fā)，噴出的羽流（即上升煙柱）中的一些進(jìn)入了遠(yuǎn)離地表500千米之外的太空中。

在地球上，大多數(shù)火山形成于地球構(gòu)造板塊的邊緣。構(gòu)造板塊是大塊的地殼，它們被地幔中流動(dòng)的巖漿驅(qū)動(dòng)著移動(dòng)或者相互推擠。地幔有幾千千米厚，位于地殼和地核之間。

有時(shí)候，一個(gè)板塊的邊緣滑到了鄰近板塊的下部，這個(gè)過程被稱為“俯沖”。由于板塊的俯沖，一些巖石被帶到了溫度和壓力都非常高的地幔中，這些含水的巖石很容易熔化，它們還比周圍的物質(zhì)更輕，于是熔巖便試圖浮回地球的表面。當(dāng)它們突破了地殼的薄弱點(diǎn)時(shí)，噴涌而出，就形成了火山。

在地球上，另有一些火山并不靠近構(gòu)造板塊，它們是在地幔柱的上方形成的。地幔柱是起源于地球核幔邊界的緩慢上升的柱狀熱物質(zhì)流。例如，夏威夷群島就形成于一個(gè)著名的地幔柱之上，是一系列火山活動(dòng)的產(chǎn)物。隨著太平洋板塊向西北移動(dòng)，新火山不斷涌出地表形成島嶼并構(gòu)成了島鏈。

世界上還有一小部分火山是地殼被拉伸時(shí)形成的。在地殼相對較薄的地方，拉伸使熔巖得以逸出地表，從而形成了火山。那些熔巖會(huì)一層層地堆積起來，變成高高的山峰。位于非洲坦桑尼亞的乞力馬扎羅山就是這樣形成的。

火山爆發(fā)的規(guī)模有大有小，有些只是噴出一些蒸汽和火山灰，另一些則會(huì)引發(fā)極端的災(zāi)難性事件。20世紀(jì)80年代，科學(xué)家們制定了一種用于描述火山爆發(fā)強(qiáng)度的量表，從0到8共9級，被稱為“火山爆發(fā)指數(shù)”（VEI）。依據(jù)這個(gè)量表，人們可以根據(jù)火山噴出的火山灰量、火山灰羽流的高度和噴發(fā)的力量來描述火山爆發(fā)的強(qiáng)度?；鹕奖l(fā)強(qiáng)度每上升一個(gè)等級，它的威力就擴(kuò)大了10倍。

通常情況下，小型的噴發(fā)只會(huì)對附近地區(qū)造成危害。火山灰有可能摧毀火山斜坡或周圍平原上的建筑物，也可能摧毀農(nóng)田或牧區(qū)，引發(fā)局部饑荒。較大的噴發(fā)則會(huì)造成大范圍的破壞?；鹕交铱梢詻_到幾十千米的高空。如果火山頂部覆蓋著冰雪，那么熔巖流就會(huì)將其融化，從而形成一種由泥漿、火山灰、土壤和巖石組成的混合物，稱為“火山泥流”，其稠度很像濕混凝土，能夠流到很遠(yuǎn)的地方，并摧毀沿途的任何東西。1985年，南美洲哥倫比亞境內(nèi)的內(nèi)華達(dá)德爾魯伊斯火山爆發(fā)，爆發(fā)形成的火山泥流摧毀了5000座房屋，造成超過23000人死亡。距火山50千米開外的城鎮(zhèn)也受到了火山泥流的影響。

此外，火山的危害也可以延伸到天空?；鹕交矣鹆骺梢赃_(dá)到噴氣式飛機(jī)飛行的高度，若被吸入飛機(jī)的引擎，便會(huì)導(dǎo)致引擎失靈。它們還會(huì)附著在飛機(jī)的前窗上，遮擋飛行員的視線。

火山噴發(fā)還時(shí)常給地球帶來寒冷的天氣。大約7萬年前，早期的人類經(jīng)歷了一次大規(guī)模的火山噴發(fā)，那次噴發(fā)導(dǎo)致了長達(dá)1000年的結(jié)冰期，原始人幾乎走到了滅絕的邊緣。研究顯示，在地球漫長的地質(zhì)時(shí)代里，這種大規(guī)模的噴發(fā)事件每經(jīng)過一段時(shí)間就會(huì)發(fā)生，它們會(huì)毫不留情地把地球拖入黑暗和寒冷中。但由于人類存在的歷史并不長，因而對這樣的事件并沒有多少記憶。

1994年10月，俄羅斯克留切夫斯科伊火山噴出的火山灰柱。這些火山灰會(huì)使順風(fēng)方向的農(nóng)作物受損，同時(shí)也會(huì)對飛行的飛機(jī)構(gòu)成威脅

在13世紀(jì)到18世紀(jì)的那段時(shí)間里，地球經(jīng)歷過一次寒冷時(shí)期，人們稱之為“小冰期”。對于那段時(shí)間的寒冷，人們記憶猶新。有人將“小冰期”的產(chǎn)生歸咎于太陽活動(dòng)，但也有人注意到另一個(gè)重要的事實(shí)，那就是在“小冰期”里，火山噴發(fā)是個(gè)頻繁發(fā)生的事件。1257年、1580年、1600年、1641年、1660年和1783年都是大型火山噴發(fā)的年份?；鹕奖l(fā)時(shí)，火山灰進(jìn)入大氣層，阻擋了部分太陽輻射，導(dǎo)致全球氣溫下降。此外，火山爆發(fā)還釋放出硫，當(dāng)它們到達(dá)平流層后就變成了硫酸顆粒，這種顆粒會(huì)反射陽光，進(jìn)一步減少抵達(dá)地表的太陽輻射量。

1257年，印度尼西亞龍木島的薩馬拉斯火山爆發(fā)，它的煙柱深入大氣層達(dá)數(shù)十千米，火山灰一直落到爪哇島。這次噴發(fā)使得接下來幾年中大氣溫度降低，并在歐洲和其他地區(qū)造成了農(nóng)作物歉收和饑荒。

1600年，秘魯?shù)陌＜{普第那火山爆發(fā)?；鹕交沂谷驓夂蜃兝洌灾劣跉W洲的許多地區(qū)在冬天里遭遇了創(chuàng)紀(jì)錄的降雪。春天到來后，很多地方又遭受了前所未有的洪災(zāi)。1601年夏季的暴雨和低溫，在俄羅斯引發(fā)了大規(guī)模的農(nóng)作物歉收，隨后的饑荒持續(xù)到了1603年。最終，埃納普第那火山噴發(fā)造成了約200萬人死亡，其中許多人遠(yuǎn)在半個(gè)地球之外。

此次“小冰期”的寒冷也波及我國。由于那個(gè)時(shí)期跨越明清兩朝，所以我國亦將其稱為“明清小冰期”。那時(shí)，我國時(shí)常遭遇干旱、洪澇和極寒天氣，饑荒四起，社會(huì)動(dòng)蕩不安。

距離今天最近的一次導(dǎo)致了大范圍降溫的火山噴發(fā)，是1991年菲律賓的皮納圖博火山爆發(fā)，其噴涌的氣體和火山灰使全球平均氣溫下降了0.4℃。

然而，火山爆發(fā)也并不只是給地球帶來災(zāi)難。

火山爆發(fā)時(shí)不斷地把二氧化碳釋放到大氣中，而雨水又不斷地沖刷著大氣，將大氣中的二氧化碳帶入海洋。這些二氧化碳在海床上沉淀后會(huì)形成含碳的巖石，它們伴隨板塊的運(yùn)動(dòng)進(jìn)入“俯沖帶”，然后滑進(jìn)地幔中。在地幔的高溫下，含碳的巖石會(huì)被熔化，而火山活動(dòng)又重新將它們噴出地表，于是二氧化碳再一次進(jìn)入大氣層中。

這樣的碳循環(huán)活動(dòng)給地球帶來了活力，也具有調(diào)節(jié)全球氣候的作用。當(dāng)?shù)厍蜃兊眠^冷的時(shí)候，火山氣體會(huì)因雨量減少而更多地沉積在大氣中，二氧化碳濃度隨之增加，地球會(huì)變得暖和起來。而當(dāng)?shù)厍蜃兊煤芘?，雨量又?huì)增加，二氧化碳更多地被沖進(jìn)海洋里，大氣中的二氧化碳含量隨之減少，地球便又涼爽了一些。

例如，在5.42億年前的寒武紀(jì)時(shí)期，地球曾墜入冰雪世界的極寒中，那時(shí)的地球一片封凍。在這種情況下，是火山噴發(fā)使地球脫離了極寒。由于噴發(fā)，大氣中的二氧化碳含量上升，冰層融化，全球氣候才重新回到正常的軌道上來，地球上早期的生命才得以生存下來。

科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)，至少在太陽系中，由火山活動(dòng)和板塊運(yùn)動(dòng)構(gòu)建的循環(huán)只在地球上存在。雖然火星和金星之類的行星上也存在火山活動(dòng)的遺跡，但它們的火山活動(dòng)都停止了，也沒有發(fā)現(xiàn)有板塊運(yùn)動(dòng)的跡象。木衛(wèi)一上有火山，但也沒有板塊運(yùn)動(dòng)。

從地球演化的長遠(yuǎn)上看，火山爆發(fā)使地球常變常新，是促進(jìn)地球發(fā)展的重要力量。由于火山活動(dòng)，地球上的景觀處在不斷更新之中，新的土地會(huì)形成，新的生態(tài)環(huán)境會(huì)形成，甚至新的生命體系也得以形成。因此，作為地球上一種重要的自然現(xiàn)象，火山有“過”也有“功”。

1991年，菲律賓的皮納圖博火山爆發(fā)，其噴涌的氣體和火山灰導(dǎo)致全球平均氣溫下降了0.4℃