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火山噴發之非爆炸性噴發

作者:研地科工

火山作用是地球内部能量釋放的一種壯觀方式,主要表現為火山噴發。幸運的是,與許多其它内生地質作用不同,火山作用是可以直接觀察的(盡管有時要冒比較大的危險)。我們可以觀察記錄火山噴發過程、測量熔岩流的溫度、采集火山噴發物質樣品做實驗研究和分析等。火山活動為我們提供了一個了解地球内部的重要視窗。

火山噴發

觀察表明,火山噴發方式是多種多樣的。通常,根據火山噴發強度可分為非爆炸性噴發和爆炸性噴發兩類;根據火山噴出口類型(或控制火山噴發的構造)可分為裂隙噴發和中心噴發兩類。非爆炸性噴發(non-explosiveeruption)是岩漿甯靜地流出地表,不伴随強烈爆炸的噴發方式,如圖13-1。爆炸性噴發(explosiveeruption)指伴随有突然的、往往是災難性的猛烈爆炸的岩漿噴發方式,如圖13-2;裂隙噴發(fissureeruption)指岩漿從伸長的一條裂隙(斷裂)或裂隙(斷裂)組噴出口噴發,看起來像“火簾”一樣(圖13-3),這種噴發通常是非爆炸性的。中心噴發(centraleruption)指岩漿從一個管道狀中心噴出口(往往是斷裂交叉處)噴發,如圖13-1、圖13-2。中心噴發既有爆炸性的,又有非爆炸性噴發。火山噴發的多樣性主要與岩漿性質有關。從已取得的資料看來,玄武質岩漿黏度小,容易從斷裂或斷裂交叉點等薄弱處甯靜流出,表現為非爆炸性裂隙噴發或中心噴發。而流紋質和安山質岩漿黏度大,似乎隻能從更薄弱的斷裂交叉處以爆炸性中心噴發方式噴發。此外,一些火山噴發發生在海底,稱為海底噴發(submarineeruption),這是玄武質岩漿的一種特殊的非爆炸性裂隙噴發形式。

非爆炸性噴發

玄武質岩漿非爆炸性噴發主要有兩個地質背景:一是洋中脊,在那裡沿着洋中脊分布的裂谷發生裂隙噴發;二是洋島,在那裡發生中心噴發。地表觀察表明,即使是非爆炸性噴發,在開始階段也會表現得比較強烈。這是因為岩漿上升伴随圍壓(數值等于上覆岩石重力,與深度成正比)降低,岩漿中氣體溶解度也随之降低而從岩漿中呈氣泡析出。這種情況與溶解在汽水中的氣體類似:當打開汽水瓶時,瓶中壓力降低,氣體從汽水溶液中析出,形成氣泡往上冒。氣泡在低黏度的玄武岩漿中将迅速上升冒出地表,往往形成壯觀的熔岩噴泉(lavafountain圖13-4)。噴出的熔岩滴濺落在噴出口周圍可堆積成濺落錐(spattercon)或濺落堤(spatterrampart)。當熔岩噴泉減弱,熱的熔岩流即從噴出口

流出,因噴發方式、環境不同,會出現不同的情況。

火山噴發之非爆炸性噴發

1.裂隙噴發

在冰島,大西洋中脊出露地表,提供了一個直接考察洋底擴張和裂隙噴發的極好地方。研究表明,從大斷裂中湧出的熔岩流黏度非常小、流速非常快,流出的熔岩迅速大面積泛濫,這種稀薄的熔岩流稱為熔岩泛流(lavaflood)形成覆寫面積大而厚度薄的熔岩席(lavasheet,也譯作熔岩被)。1783年冰島拉基(Laki)火山沿着長32km的拉基斷裂噴發,熔岩從斷裂一側流出64km,從另一側流出近48km,覆寫面積達588km2,熔岩體積12km3(圖13-5)。這是有曆史記載的最大的熔岩流。它雖然不是爆炸性噴發,但也是最緻命的火山噴發之一。熔岩泛流破壞了房屋和食品供應、殺死了牲畜、淹沒了農田,造成的饑荒餓死了9336人。

火山噴發之非爆炸性噴發

絕大部分洋中脊在水下,那裡的情況以往由于看不到人們不了解。1974年法國和美國科學家乘坐ALVIN号潛水器考察了大西洋中脊,親眼看到沿着洋中脊峰頂中央裂谷的海底噴發。與冰島拉基斷裂噴發形成熔岩泛流不同,從中央裂谷流出的玄武質熔岩受到海水的迅速冷卻,黏度大為降低,不能迅速大面積泛濫,而是形成枕狀熔岩(pillowlava):熔岩流出噴出口後,表面被海水迅速冷凝,脆性、冷凝的表面裂開,使得内部仍然處于熔融狀态的岩漿像擠牙膏一樣流出來。新流出的熔岩表面又被海水迅速冷凝形成脆性外殼,外殼又破裂,繼續擠出新的熔岩。這樣的過程不斷繼續,形成的枕頭狀熔岩(大小幾cm到1m或更大)像沙包一樣堆在裂隙噴出口附近(圖13-6)。

火山噴發之非爆炸性噴發

2.非爆炸性中心噴發

在夏威夷,常可看到玄武質熔岩流從一個中心噴出口甯靜地流出(圖13-1)。這種非爆炸性中心噴發是比較安全、也比較容易研究的。非爆炸性中心噴發形成的熔岩流,視黏度不同有不同特征。由于熱在熔岩流頂部迅速散失,熔岩流表面形成一個殼,殼下液體熔岩沿着熔岩管道(lavatube)繼續流動。由于熔岩管道抑制熱向上散失,使得低黏度的熔岩可在表殼之下從噴出口流出相當大距離。噴出口附近熔岩溫度高、溶解的氣體含量高,因而黏度低,流動迅速,形成薄的、具光滑的繩狀表面的繩狀熔岩(pahoehoelava,圖13-7)。當熔岩冷卻、溶解的氣體繼續丢失,其黏度逐漸增大,流速降低,熔岩流的特點也發生變化,形成厚的、具粗糙不平的渣塊狀表面的渣塊熔岩(aalava,圖13-7)。大陸黑龍江省中部的五大連池火山儲存了很好的第四紀噴發形成的繩狀熔岩和渣塊熔岩(圖13-8),并可觀察的遠離火山口由繩狀熔岩漸變為渣塊熔岩的現象,是大陸著名的火山博物館。

火山噴發之非爆炸性噴發
火山噴發之非爆炸性噴發

有時,氣體會在冷卻中的熔岩流中局部聚集,沖出固結的熔岩流表面形成噴出口噴出,也可形成濺落錐(圖13-9)。所有的濺落錐,無論是上述的噴發開始時在中心噴出口周圍形成的還是其後在熔岩流表面噴出口形成的,都很陡且小,高度很少超過10m。

火山噴發之非爆炸性噴發