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地球上活火山很多，其中在20世纪喷发过的大约400座。火山不仅分布在陆地上，而且也分布在海洋中。人类生活在火山附近，同样面临着火山灾害。本章学习内容主要有：①火山在全球和我国的分布；②火山活动的主要类型及其主要特征；③火山活动对自然和人类的价值和影响；④火山活动的预警。
2015年8月14日，厄瓜多尔皮钦查（Pichincha）省科多帕希火山喷发，这是世界上最危险的火山之一，火山灰升高 3英里，大约 32.5万人受到影响（JuanCevallos/法新社/Getty图片社）。
火山活动（volcano activity）是地下的岩浆沿地壳中的裂隙通道或地壳的薄弱环节喷出地表的一种现象，是自然界最剧烈的地质活动现象之一，其过程的景象非常壮观。在生命出现很久之前，火山活动就已存在。人类出现之后，人们对火山爆发时的壮观既感到稀奇，又惊吓于火山带来的突然灾变。最早时候，人们认为火山是神圣的地方，是神的归宿，火山活动是神愤怒与恩惠的象征。比如，剧烈的火山爆发导致“恶魔存在于地球深部任何一个地方”这样的信念，“volcano”一词意义即来源于古罗马上帝之火。这种当地的民间观念是历史上关于火山活动最重要的古老信息。
火山活动与地震一样，是由地球深部强大能量释放导致的地质灾难。地震导致固体岩石的搬迁，而火山活动是液体岩石的运动。倘若将火山活动与其他地质灾害比较，可以看到一些差别。尽管火山爆发时会产生可怕的埋葬，对附近生命、财产造成毁灭，但长期以来记载的所有损失却小于其他灾难。而且，火山活动是唯一的对人类生存与发展有积极贡献的灾难，火山活动形成的土壤是地球上最肥沃的，它们富藏供水资源与地热资源，也是新生矿物的主要来源。另外，火山活动还能够创造出具有观赏价值的地貌景象。
不同的是，火山活动对边缘地区的影响大于对火山周围邻近地区的影响。越来越多的现象表明，多数火山爆发引起的大量烟雾进入到大气层中，从而在很大程度上改变着气候条件，同时可能引起的海啸也会导致几千千米以外的人群伤亡和财产损失。
虽然火山爆发具有突然性，但它通常给人们很多前期的征兆，可以避免人类的伤亡。像地震一样，我们没有办法去阻止火山爆发，一般情况下也不能阻止其破坏，不能管理其活动，但近年来人类正在利用围堵引导等技术来降低熔岩流的影响，以减少灾害损失。
火山是地球内部的固体或液体物质喷发而形成的山体，由熔岩与火山碎屑组成。大多数火山分布于地球板块的边缘地带，其活动原因多与板块构造有关，但不会出现在转换边界上。由于岩石圈板块的扩张下沉与地球其他物质的相互作用而产生岩浆，能量积累到一定极限时喷发出地表就形成了火山。目前，世界上大约有850座活动火山，主要分布在4个火山带（volcanic belt）上：地中海火山带、大西洋海岭火山带、东非火山带与环太平洋火山带。其中，超过3/4的火山环绕太平洋形成火山环带（图4.1）。在这个火山带上，分布着著名的火山——日本的富士山（3776m），它是世界上著名的风景名胜。此外，在太平洋广大地区，也分布有许多星罗棋布的火山岛。
图4.1 太平洋火山环带
我国地域辽阔，虽然缺少现代火山喷发，但新生代火山分布广泛，目前已发现的火山锥有660座，其中绝大部分为第四纪的死火山，只有少数在近代有过活动，如台湾的大屯火山群（包括有16座活火山）。在成因上我国火山的分布与两大板块边缘有关：一是受太平洋板块向西俯冲的影响，形成我国东部大量的火山分布；另一是受印度板块碰撞的影响，形成了青藏高原及周边地区的火山分布；其中很多地区已成为人口稠密的都市或旅游胜地，如长白山天池、五大连池、腾冲、海南和台湾等地区。
根据火山活动期、活动类型和活动形成的地形特征，可以对火山进行分类。
在历史上有过喷发记录的火山称为活动的火山，否则就称其为不活动的、休眠的、死的火山。这是一种简单而满意的分类方法，即活火山（active volcano）、休眠火山（dormant volcano）或死火山（extinct volcano）。然而，有许多火山被认为是死火山，但过了一段时间后这些火山可能重新爆发，从而给原以为安全的居民带来了灾难。火山可以在重新爆发之前休眠几百或几千年。
比如，坐落在意大利那不勒斯海湾且风景秀丽的四周光滑的维苏威（Vesuvius）火山，由于历史上没有它活动的记录，人们一直认为它是一个死火山，然而在公元79年，火山苏醒了，开始了一系列无法预料的间歇性喷发，附近的3个城市被火山碎屑物掩埋深达15m，死亡2000多人。
我国的火山喷发有多处历史记载，如五大连池、长白山等，在过去300年内都有过喷发，最近一次火山活动是发生于1951年5月27日的西昆仑阿什火山喷发。在我国历史上这些活火山的喷发基本上没有造成大的人员伤亡和财产损失，主要是因为这些火山喷发大都发生在人迹罕至的地区。
多数情况下，可根据火山喷发的剧烈程度和爆发程度对火山进行分类，具体如下：
（1）培雷式火山（Pelean volcano）：熔岩黏滞性，不易流动，含气体多，爆炸猛烈，呈中心式喷发［图4.2（a）］。熔岩的黏滞性与硅质含量和温度有关，硅含量越大，或温度越高，黏滞性越大。其典型的火山是西印度群岛的培雷火山。
（2）维苏威式火山（Vesuvius volvano）：喷发时宁静—猛烈阶段性明显，间歇时间长，节奏性喷发。其典型的火山是意大利的维苏威火山［图4.2（b）］。
（3）斯特隆博利式火山（Stromboli volcano）：爆发时形成炽热的碎片及白色烟云［图4.2（c）］。其典型的火山是意大利的斯特隆博利火山。我国黑龙江五大连池火山群也属于该类型。
（4）夏威夷式火山（Hawaiian volcano）：流动性大，含气体少，没有爆炸现象，呈中心式喷发［图4.2（d）］。
（5）冰岛式火山（Icelandic volcano）：熔岩沿构造裂隙溢出，非中心式喷发［图4.2（e）］。
根据火山形成的地形地貌，我们可以把火山分为4种基本类型：
（1）火山锥（cinder cone）：是一种由中心溢出的火山碎屑物形成的四周陡峭堆积体，形成的地形呈锥形。喷发的火山碎屑物包括火山灰、火山渣，以及在爆发过程中被抛到天空的火山弹和岩石块。火山锥可以在短时间内形成，如1945年爆发于墨西哥的巴尼古丁（Paricutin）火山，在一个月内形成的火山锥体就高达300m，其数个火山锥呈点状环绕，它们的高度一般都低于400m，形成了美丽的火山锥风景。
图4.2 不同活动类型的火山
（a）培雷式火山；（b）维苏威式火山；（c）斯特隆博利式火山；（d）夏威夷式火山；（e）冰岛式火山
（2）盾火山（shield volcano）：这类火山具有广阔的窿状特征，山体坡度很缓（2°～10°），通常由玄武岩（basalt）、熔岩流和大的喷火山口组成，具有巨大的体积。世界上最大的单个盾火山是夏威夷的冒纳罗亚（Mauna Loa）火山，其规模是长约 96km，宽48km，高9000m（距太平洋海底），总体积达67000km 3 。盾火山的岩浆多呈液体状，黏滞性小，熔岩多从山体裂隙中缓慢地溢出，气体释放稳定。
（3）复式火山（composite volcanoes）：是一种完全不同的火山体，由内部层状分布的熔岩组成，多数为安山岩（andesite），山体呈锥形，匀称而陡峭，爆发时可以达到几千米高度，景象壮观，比如圣海伦（St. Helens）火山。由于内部气体、岩体的快速积聚，常常导致内部巨大压力的形成，结果造成突然的“冲顶”爆发，因此又具有极其严重的不可预测性。美国俄勒冈州的1200m深的喷火山口，目前变成了火山湖（crater lake），就是复式火山的典型实例（图4.3）。这种火山常常在沉睡几个世纪后产生灾难性的活动。
图4.3 火山口湖形成过程示意图
（4）火山穹窿（volcanic dome）：这种火山爆发时，极其黏稠的流纹岩岩浆从火山口喷出地表。由于岩浆的黏滞性，且夹带部分岩石块体，岩浆流动距离较短，且多堆积于火山口周围。对于喷出岩穹窿，岩浆喷出地表形成一系列厚的巨大的熔岩流；对于侵入岩穹窿，多是岩浆挤压出地表形成的，同时随着穹窿的膨胀，通常导致坚硬的火山岩覆盖层破碎成棱角状的岩块。世界上著名的穹窿火山是美国加州北部拉森火山（Mt. Lassen），爆发于1915—1917年。
以上对火山类型的各种分类，并不适用于所有火山，这主要与火山本身特征的复杂性有关。
尽管火山活动带来了明显的严重危害，但长期以来其带来的益处还是远大于坏处。在过去的地质年代里，火山活动喷发的气体营造了大气圈和水圈，而且火山活动也是陆地地表的主要营造过程。
火山活动常常产生意外的肥沃土壤，尤其在气候温暖湿润的地区，快速风化使火山物质变成了有利于植物吸收的营养物质。世界上几个农业产量最高的山脉，都是位于火山活动的地区，尤其当火山灰频频降落的地区，如在印度尼西亚群岛一带农业产量更高。然而，这样也促使这些地区的居民数量不断增加，从而带来了更多的承受火山突发灾难的风险。
火山活动也为人类提供了许多有价值的矿藏。早期有人利用坚硬的黑曜岩做挖掘工具；坚硬的熔岩常被用来作为建筑材料；轻的泡沫状火山渣常被用作建筑填料和制作轻型的混凝土；火山灰形成的膨胀土是一种很有价值的黏土；常常提供重要的地热资源；能产生各种有价值的矿物，比如火山岩中的金属、硫，地壳深部沿火山口通道产生的天然钻石以及积累在火山口周围的其他矿物。
本杰明·富兰克林（Benjamin Franklin，1706—1790）是第一位提出火山活动影响气候并作了记载的科学家。他认为 1783年冰岛火山爆发带来的烟雾阻碍了 1783—1784年夏季太阳能的辐射（图4.4），从而导致冬天气温的下降。后来的工作者也曾将1816年北半球夏季气温的降低与1815年发生于荷兰的火山爆发联系在一起。在美国北部新英格兰州的一个夏天，1800 人冻死，雪、霜毁坏了庄稼，农民不得不卖房、卖牲口以维持生计；在欧洲，1816 年被认为是“没有夏天的一年”，庄稼不能成熟，饥饿冲击着英国、法国和德国。在1883年的印度尼西亚卡拉卡托火山活动和1912年的阿拉斯加卡特迈（Katmai）火山活动中，也出现了其他的不同寻常的天气现象。
图4.4 火山爆发烟雾影响太阳能的辐射
印度尼西亚巴厘岛Mt.Agung火山在沉睡了120年之后，于1963年爆发，喷发的大量火山灰进入了1895年以来一直受火山灰影响的大气层，这是观察和测量火山活动对天气影响的好机会。通过精密的仪器和技术，可以测量到对流层温度数据，可采集到同温层烟雾成分。通过研究这些数据，Hansen et al.（1978）认为火山活动在1～2年内使对流层温度下降了十分之几摄氏度。
另外，由于喷出物的影响，火山灰引起能见度的降低。
直至1883年，许多人仍认为位于印度尼西亚的卡拉卡托火山是沉睡了200多年的死火山。然而，在当年的5月，开始了时断时续的喷发，仅仅过了3个月，在1883年8月26—28日，开始了一系列强烈灾变性的埋没喷发。8月27日上午10点，人们听到了有史以来最大的爆炸声，可以传到4800km以外，同时诱发的海啸激起了36m高的海浪，导致36000人丧生。喷发的火山灰升入80km高空的大气层，导致火山80km范围内暗无天日长达57h，风携带着尘埃扩散全球。在以后的几个月里，恐惧一直笼罩着北半球。爆发后，在原来位于海平面以上120～420m的陆地上，发现了一个深达海底以下270m的火山口，其中坍塌了大量的岩石碎块。
像这种灾变性爆发的例子可以举出许多，死亡可以直接归因于火山爆发本身，大规模埋没和熔岩移动导致的死亡则相对较少。
熔岩流（lava flow）由于黏滞性的差别，表现出的外形特征是多种多样的。黏滞性小的熔岩经常产生较光滑而起伏的表面，薄层的熔岩泡沫可以形成绳状熔岩［图4.5（a）］；较为黏滞的熔岩通常产生表面粗糙不平、短而厚实的流体，而非常黏滞的熔岩在迁移过程中能推动大而坚硬的岩块或具有棱角状的碎石，形成渣状熔岩。在玄武岩熔岩流中，熔岩通过裂隙管道而形成的熔岩管（lava tube）是很普遍的，像石灰岩岩溶地貌一样，这样的管状熔岩也是地下水富集的空间。
图4.5 熔岩流及其危害
（a）绳状熔岩；（b）道路堵塞；（c）焚烧建筑
熔岩的流动速度或快或慢。当黏滞性小时，熔岩每小时可达 300m，典型的如夏威夷玄武岩；对粗厚、黏滞性大的块状流，可能每天仅达几米。熔岩流动的速度取决于温度、液体成分以及山体坡度。有些熔岩的运移速度较快，但通常都有足够多的征兆提醒人们。当熔岩覆盖面大时，可以导致很大的财产损失，如农田埋没、河道与道路堵塞及建筑物焚毁［图 4.5（b）、（c）］。历史上规模最大的熔岩喷出是1783年发生在冰岛的火山活动，其爆发一次性地覆盖了560km 2 的土地。
可以通过分散或者堵截，使熔岩流分布达到预期的效果。一种方法是实行爆破，良好的点爆破可以开启流体旁侧的凝固熔岩，开辟熔岩流体新的流动方向。炸破火山口熔岩通道，可以避免有用土地的覆盖，同时爆破可以畅通熔岩堵塞的河道。比如，1992年意大利埃特纳火山大喷发的时候，火山熔岩直扑有7000居民居住的扎夫拉纳镇，意大利军方靠爆破力量使熔岩改道，从而使小镇免遭灭顶之灾，当时被许多人称为奇迹；在夏威夷的Hilo城市，通过有计划的爆破分流，已能有效地控制熔岩流，达到成功的效果，这在很大程度上依赖于当地地形以及熔岩喷发的规模。第二种方法可以通过构筑人工障碍物来分散熔岩流。构筑障碍必须用硬性材料，且有一个宽阔坡度较缓的基座以降低熔岩对障碍物的冲击压力。筑坝可以暂时阻止流体，同时再通过人工隧道避开人口密集地区。另外，对流动的熔岩喷水也可以减慢其向前的流动速度，1973年冰岛曾成功地运用这一方法。
当火山爆发时，熔融的岩石一下子使压力降低，同时导致其中的气体瞬时膨胀。当岩浆进入大气层时，其逐渐固化并释放气体，使得凝固的岩浆裂解成碎块，在过热膨胀的气流作用下飞行。
炽热膨胀的气体夹带着不同体积的火山碎屑从火山口呼啸而出，这种由炽热熔岩块、火山渣及火山灰构成的岩团被称为炽热火山云。
火山灰流与炽热火山云是很相似的，主要是复式火山与穹窿火山的产物。不同的是火山灰流包含细粒的炽热玻璃质浮石碎块，且大量出现的记载不多，而炽热火山云的出现是相当普遍的。
在火山爆发中，喷发出的气体中水蒸气占大多数，然而也不乏存在SO 2 、H 2 S及HF等威胁生命的有毒气体（toxic gases），导致水体、土壤与空气污染。1912年阿拉斯加卡特迈火山在爆发一个月之后引发了一场酸雨，酸雨烧坏了当地人的皮肤，损坏了温哥华、英国人的衣服。79年维苏威火山爆发以及1902年培雷火山爆发，导致意大利无数人死亡，其原因就是因为有毒气体的侵害。
在火山爆发中，通常都有大量火山碎屑（pyroclastics）从空中降落。一般地，降落下来的岩屑、火山灰及浮石碎块都已冷却。人遇到火山碎屑，很可能由于浓烈的有害烟气或缺氧而窒息。在公元79年维苏威火山爆发期间，给城镇铺上了厚达4m的火山灰及火山碎屑，至少2000人受难于这样的情况。
大量降落的火山碎屑可以像熔岩一样毁灭所有的植被与建筑物，从而形成新的地面，如1963—1965年Costa Rica的Irazu火山曾导致150万美元的农田损失。即使降落量少的时候，火山碎屑也能够污染地表水体及农作物，玻璃质火山灰还能够影响牲口的视力，而含有毒物时则可以威胁到植物与动物的生长与生存。
在火山爆发过程中，人们几乎无法阻止火山碎屑降落带来的地表侵害，只有爆发停止后才能做一些清除工作。1978年日本Mt.Usn火山爆发导致的严重“岩雨”使20000旅游者和7000居民不得不撤离爆发影响区。当然，这种侵害从长远利益出发，只是暂时的，它在某种程度上可以改良土壤的肥力。
火山泥流（lahar）是由于火山爆发而导致的泥石流。复式火山喷发出大量的火山灰和松散的岩屑在陡峭的斜坡上易造成泥石流。这种泥石流推移速度可高达90km/h，可以运移到距离火山160km之外，甚至更远，这对人类的损害有时更甚于单个火山活动过程。
火山泥流的作用与强降雨、火山湖爆发、冰雪瞬时熔化所具有的作用相仿。1919年，印度尼西亚爪哇岛的Kelut火山湖爆发导致了5000人死亡，毁坏了200km 2 农田。
当火山被冰川覆盖时，火山释放的热量融化冰川中大量的冰，从而在冰川中形成强大的压力，最终导致冰川的爆发，引起灾变性洪流。比如，冰岛常出现这样的灾害。
尽管这种现象持续时间不长，但洪流流量却大得惊人，如1918 年冰岛卡特拉（Katla）火山引发的冰川洪流流量远远大于亚马逊河的平均流量，幸运的是，冰岛的人口密度很低。
从地质研究和火山历史记载角度来说，在火山附近居住的冒险精神是值得肯定的。许多火山爆发的规模和特点跟以前爆发相比基本上是相似的，这就有利于对其进行预测和研究。
然而，很少有像冒纳罗亚火山那样具有周期活动的火山特征，因此对大多数火山的再次活动进行预测几乎是不可能的。尽管火山活动有各种各样的前期征兆，但至今仍然没有得出一个完全可循的预测规律。
地震和微震能引起火山爆发，但在火山爆发前，它们可能持续几年时间，也可能在火山爆发前1h内发生，有时在火山爆发前完全停止，这就使得根据地震来预测火山爆发面临许多困难。一些能够预示火山爆发的火山前兆（volanic precursor）包括：
（1）喷气、热泉、火山湖特色和行为的变化。
（2）地球磁场的强度与定位变化。
（3）有时红外照片能够检测出某个地区地热流的增强。
（4）地球电流在研究区的改变。
（5）测量大地岩层倾斜状况，可判断火山岩浆作用导致地层向上冒顶的现象。
（6）观察动物及其他事物的反常现象来判断可能的地震以及可能的火山活动。
科学家对中新世以来的火山活动进行了广泛的研究，利用这些成果，人类有可能避免火山活动带来的生命财产损失。其中，密切注视火山爆发前的征兆是非常重要的，生活在火山附近的人们因此可以安全转移。1978 年菲律宾群岛的Mayon火山附近的8000多人因为得到征兆的警告而安全脱离危险。
在过去的年代里，也有许多大规模分散从而保护无数生命的先例。在公元 79 年的维苏威火山活动中，18000名附近居民被安全撤离，然而仍有2000人死亡。1914年位于日本九州海湾Sakurajima火山在爆发前显示了喷烟、地震及泉水断流等征兆，当地政府迫使人群全部撤离，从而拯救了23500居民。当火山爆发时，火山云喷至6000m高空，12%的山体被破坏。1902年，位于拉丁美洲的长27km的加勒比岛北部La Soufriere火山爆发，死亡2000多人，而在1979年春季再次爆发前，地质学家根据征兆证明了即将来临的爆发，敦促政府发布撤离命令，结果是20000人撤离危险区。随后火山爆发时，大量的热气流和炽热岩屑呼啸而出，导致次日天空出现高达 12000m的蘑菇云，岩屑扩散至145km以外的巴巴多斯岛（Barbados）。所幸的是，由于撤离及时，没有一个人在这次灾难中丧生。
只要火山地区居住人类，人类就有可能面临剧烈的火山爆发灾难，而他们的安全与拯救却有赖于对来临灾变的科学预测。因此，在人口密集的火山活动区建立预警系统是非常必要的。目前，火山学家可以采用先进的设施对火山岩浆活动进行跟踪监测，随着科学技术的进一步发展，多数情况下可以对火山活动进行预警，从而拯救人类。
火山活动的预警，可以用图来表示火山地区的风险程度，并应用于土地规划，以防止高度危险区被开发利用。然而，在考虑安全的地质学家与考虑发展经营的土地所有者之间，却常常存在严重的分歧。这是因为，火山地区一般是很富饶的，分布着重要的资源，不仅具有土壤、水、矿产等物质财富，而且有大自然赐予的建筑学上惊人的壮观，过早搬迁能引起居住人群的怨恨和财政上的困难。因此，一个有效的、尽早的预警系统对居住在火山活动区的人群来说是很必要的。
我国存在活火山，因此也具有火山灾害的威胁。尽管我国火山喷发的出现频次很低，几百年才有一次，但也不能忽视对活火山的监测。在1995年之前，我国对活火山的监测几乎是空白，火山研究大都集中在火山和火山岩的地质、地球化学工作方面，有关火山监测预防的工作规模很小且缺乏连续性。
1997年，我国开始了对长白山、五大连池与腾冲火山较系统的监测与研究，初步建立了这3个火山的观测系统。同时，对长白山、腾冲、五大连池火山的深部结构开展研究，开展地震监测、地形变测量、地下流体的监测和岩石化学分析，并据此给出3个火山喷发危险性的定性结论。
由于我国火山活动监测研究工作开始较晚，与国际先进水平相比较，我国火山监测研究工作仍处于起步阶段，其水平与菲律宾、印度尼西亚等发展中国家相比亦有不少差距。具体表现在：监测时间短、积累资料少及研究程度低，依靠这些资料难以定量地分析其活动危险性。
火山活动是地下的岩浆沿地壳中的裂隙通道或地壳的薄弱环节喷出地表的一种自然现象，其主要环绕太平洋火山环带分布。我国火山绝大部分为第四纪的死火山。火山活动是地球上剧烈而壮观的地质灾害，其喷发的熔岩、火山灰、火山碎屑、有害气体、火山泥流以及其突发性，给人类社会带来巨大灾害，也引起邻近地区气候异常。然而，长期以来火山爆发给人类带来的益处还是远大于坏处，如肥沃的土壤、有价值的矿藏以及优美的景观等。火山爆发的许多相似特征有利于人类预警研究，对火山地区进行风险程度评价有利于土地规划与利用。
1.火山在分布上有何特点？可分为哪几个主要火山带？
2.夏威夷岛的火山都是盾火山，为什么它们的灾害性较小？
3.火山活动具有哪些影响？如何能影响全球气候？
4.描述两种阻止熔岩流侵入的策略。
5.描述两种警示火山爆发的征兆。
6.为什么说火山活动对人类是有益的？
1. Volcano.From Wikipedia，the free encyclopedia.https://en.wikipedia.org/wiki/Volcano.
2. Volcano Hazards Program.http://volcanoes.usgs.gov/.
3.火山视频.http://cn.bing.com/videos/search?q=%e7%81%ab%e5%b1%b1&qpvt =%e7%81%ab%e5%b1%b1&FORM=VDRE.
4.火山爆发的历史.http://volcano.h.baike.com/article-38729.html.