火山是如何运作的?

火山活动是我们星球的一个迷人、可怕且绝对重要的特征。火山无处不在,从非洲的沙漠到南极洲寒冷的气候、太平洋的岛屿以及各大洲。每天都有一个地方爆发。地球上的火山对我们大多数人来说都很熟悉,例如巴厘岛非常活跃的阿贡火山、冰岛的巴尔达本加火山、夏威夷的基拉韦厄火山和墨西哥的科利马火山。 

然而,在整个太阳系的世界上 都有火山分布。以木星的卫星 Io 为例。它是高度火山喷发的,从地表下方喷出含硫熔岩。据估计,由于火山活动将物质从内部带到地表和更远的地方,这个小世界在数百万年内几乎把自己翻了个底朝天。 

在更远的地方,土星的卫星土卫二也有与火山活动有关的间歇泉特征。它不像地球和艾奥那样喷出熔岩,而是喷出泥泞的冰晶。行星科学家怀疑,这种“冰火山”活动(称为低温火山活动)在整个太阳系的遥远区域传播得更多众所周知,金星离地球更近,火山活动频繁,而且有确凿证据表明火星上过去有火山活动。甚至水星在其历史的早期就显示出火山喷发的痕迹。

火山是世界建筑的一部分

火山在建造大陆和岛屿、形成深海山脉和火山口方面发挥着重要作用。当它们喷出熔岩和其他物质时,它们还会重现地球上的地貌。地球开始它的生命是一个火山世界,覆盖着熔化的海洋。

并非所有从时间开始就流动的火山目前都处于活动状态。有些人死了很久,再也不会活跃了。其他人处于休眠状态(这意味着他们将来可能会再次爆发)。这在火星上尤其如此,那里有一些火山存在于其活跃的过去的证据中。

火山喷发基础知识

1980 年 5 月 18 日圣海伦斯火山爆发,将数百万吨火山灰和气体吹向空中。 它导致数人死亡、灾难性的洪水、火灾、附近森林和建筑物的破坏,以及散布方圆数百英里的火山灰。
美国地质调查局

大多数人都熟悉火山爆发,例如 1980 年炸毁华盛顿州圣海伦斯山的火山爆发。那是一次剧烈的喷发,将山的一部分吹走,并向周围各州洒下了数十亿吨的火山灰。然而,它并不是该地区唯一的一家。胡德山和雷尼尔山也被认为是活跃的,尽管不如它们的姊妹火山口活跃。这些山脉被称为“弧后”火山,它们的活动是由地下深处的板块运动引起的。

夏威夷岛链源于一个热点,即太平洋下地壳的一个薄弱点。这些岛屿是在数百万年的时间里随着地壳移动越过热点和熔岩流向海底而形成的。最终,每个岛屿的表面都露出水面,并不断增长。

夏威夷最活跃的火山位于大岛上。其中之一——基拉韦厄火山——继续喷出厚厚的熔岩流,这些熔岩流已经在该岛南部的大部分地区重新浮出水面。这座山一侧的一个喷口最近爆发,摧毁了大岛上的村庄和房屋。

从日本南部到新西兰,整个太平洋盆地都有火山喷发。盆地中火山最多的区域位于板块边界,整个区域被称为“火环”

在欧洲,西西里岛的埃特纳火山和维苏威火山(公元 79 年掩埋庞贝和赫库兰尼姆的火山) 一样活跃。这些山脉继续影响周围地区的地震和偶尔的流动。

并非每座火山都能建起一座山。一些喷口火山喷出大量熔岩,尤其是海底喷发的。金星上的喷口火山很活跃,它们用厚而粘稠的熔岩铺平地表。在地球上,火山以各种方式喷发。 

火山是如何工作的?

火山口维苏威火山,鸟瞰图
阿尔贝托·因克罗奇/盖蒂图片社

火山喷发为地球表面深处的物质提供了逃逸到地表的途径。它们还允许一个世界发泄热量。地球、木卫一和金星上的活火山由地下熔岩供给。在地球上,熔岩从地幔(地表下的一层)冒出来。一旦有足够多的熔岩(称为岩浆)并对其施加足够的压力,就会发生火山喷发。在许多火山中,岩浆通过中央管道或“喉咙”上升,并从山顶冒出。

在其他地方,熔岩、气体和灰烬通过通风口流出。他们最终可以创造出成为圆锥形的丘陵和山脉。这是最近发生在夏威夷大岛上的喷发方式。

火山活动可能相当安静,也可能非常猛烈。在非常活跃的气流中,气体云可能会从火山口滚出这些非常致命,因为它们很热并且移动速度很快,而且热量和气体很快就会杀死人。

火山作为行星地质学的一部分

夏威夷群岛是太平洋板块移动时形成每个岛屿的热点的结果。 地球周围存在类似的热点。
美国地质调查局

火山通常(但不总是)与大陆板块运动密切相关。在我们星球的地表深处,巨大的构造板块正在缓慢移动并相互推挤。在板块之间的边界处,两个或多个板块聚集在一起,岩浆会爬到地表。环太平洋地区的火山就是这样形成的,板块滑动在一起产生摩擦和热量,让熔岩自由流动。深海火山也会喷出岩浆和气体。我们并不总能看到火山喷发,但浮石云(火山喷发的岩石)最终会到达地表并在地表形成长长的岩石“河流”。 

如前所述,夏威夷群岛实际上是太平洋板块下方所谓的火山“羽流”的结果。以下是有关其工作原理的一些更科学的细节:太平洋板块正在缓慢向东南方向移动,同时,羽流正在加热地壳并将物质输送到地表。随着板块向南移动,新的点被加热,一个新的岛屿从熔岩中形成,迫使它到达地表。大岛是从太平洋表面升起的最年轻的岛屿,尽管随着板块滑动,正在建造一个更新的岛屿。它叫做 Loihi,它仍然在水下。 

除了活火山外,地球上的一些地方还存在所谓的“超级火山”。这些是位于大量热点之上的地质活跃区域。最著名的是美国怀俄明州西北部的  黄石火山口,它有一个很深的熔岩湖,在整个地质时期曾多次喷发。

对火山喷发的科学观察

来自 Mauna Ulu 的 Pahoehoe 熔岩流过“Alae Crater”西南侧的 aa。
历史/盖蒂图片社

火山爆发通常预示着地震群。它们表明地表下熔岩的运动。一旦即将喷发,火山会喷出两种形式的熔岩,外加灰烬和加热气体。

大多数人都熟悉蜿蜒曲折的“pahoehoe”熔岩(发音为“pah-HOY-hoy”)。它具有熔融花生酱的稠度。它冷却得很快,形成厚厚的黑色岩石层。从火山流出的另一种熔岩称为“A'a”(发音为“AH-ah”)。它看起来像一堆移动的煤渣。

两种类型的熔岩都携带气体,它们在流动时释放这些气体。它们的温度可超过 1,200°C。火山喷发释放的热气体包括二氧化碳、二氧化硫、氮气、氩气、甲烷和一氧化碳,以及水蒸气。灰烬可以小到尘埃颗粒,大到岩石和鹅卵石,由冷却的岩石制成,从火山喷出。这些气体可能非常致命,即使是少量,即使是在相对安静的山上也是如此。

在非常爆炸性的火山喷发中,灰烬和气体混合在一起,形成所谓的“火山碎屑流”。这种混合物移动得非常快,可能非常致命。在华盛顿圣海伦斯火山喷发、菲律宾皮纳图博火山爆发以及古罗马庞贝古城附近的火山爆发期间,大多数人都在这种致命的气体和火山灰流中丧生。其他人则被埋在火山喷发后的火山灰或泥浆中。

火山是行星进化所必需的

熔岩从 Rivals 火山口喷出,顺着 Piton de la Fournaise 的南面流下。
RICHARD BOUHET / 法新社通过 Getty Images

自太阳系最早的历史以来,火山和火山流就影响了我们的星球(和其他星球)。它们丰富了大气和土壤,同时也造成了剧烈的变化并威胁着生命。他们是生活在一个活跃星球上的一部分,并且在发生火山活动的其他世界上有宝贵的经验教训。

地质学家研究火山喷发和相关活动,并努力对 每种类型的火山地貌特征进行分类他们学到的东西让他们更深入地了解我们星球和其他发生火山活动的世界的内部运作。

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