天天看点

火山喷发之非爆炸性喷发

作者:研地科工

火山作用是地球内部能量释放的一种壮观方式,主要表现为火山喷发。幸运的是,与许多其它内生地质作用不同,火山作用是可以直接观察的(尽管有时要冒比较大的危险)。我们可以观察记录火山喷发过程、测量熔岩流的温度、采集火山喷发物质样品做实验研究和分析等。火山活动为我们提供了一个了解地球内部的重要窗口。

火山喷发

观察表明,火山喷发方式是多种多样的。通常,根据火山喷发强度可分为非爆炸性喷发和爆炸性喷发两类;根据火山喷出口类型(或控制火山喷发的构造)可分为裂隙喷发和中心喷发两类。非爆炸性喷发(non-explosiveeruption)是岩浆宁静地流出地表,不伴随强烈爆炸的喷发方式,如图13-1。爆炸性喷发(explosiveeruption)指伴随有突然的、往往是灾难性的猛烈爆炸的岩浆喷发方式,如图13-2;裂隙喷发(fissureeruption)指岩浆从伸长的一条裂隙(断裂)或裂隙(断裂)组喷出口喷发,看起来像“火帘”一样(图13-3),这种喷发通常是非爆炸性的。中心喷发(centraleruption)指岩浆从一个管道状中心喷出口(往往是断裂交叉处)喷发,如图13-1、图13-2。中心喷发既有爆炸性的,又有非爆炸性喷发。火山喷发的多样性主要与岩浆性质有关。从已取得的资料看来,玄武质岩浆黏度小,容易从断裂或断裂交叉点等薄弱处宁静流出,表现为非爆炸性裂隙喷发或中心喷发。而流纹质和安山质岩浆黏度大,似乎只能从更薄弱的断裂交叉处以爆炸性中心喷发方式喷发。此外,一些火山喷发发生在海底,称为海底喷发(submarineeruption),这是玄武质岩浆的一种特殊的非爆炸性裂隙喷发形式。

非爆炸性喷发

玄武质岩浆非爆炸性喷发主要有两个地质背景:一是洋中脊,在那里沿着洋中脊分布的裂谷发生裂隙喷发;二是洋岛,在那里发生中心喷发。地表观察表明,即使是非爆炸性喷发,在开始阶段也会表现得比较强烈。这是因为岩浆上升伴随围压(数值等于上覆岩石重力,与深度成正比)降低,岩浆中气体溶解度也随之降低而从岩浆中呈气泡析出。这种情况与溶解在汽水中的气体类似:当打开汽水瓶时,瓶中压力降低,气体从汽水溶液中析出,形成气泡往上冒。气泡在低黏度的玄武岩浆中将迅速上升冒出地表,往往形成壮观的熔岩喷泉(lavafountain图13-4)。喷出的熔岩滴溅落在喷出口周围可堆积成溅落锥(spattercon)或溅落堤(spatterrampart)。当熔岩喷泉减弱,热的熔岩流即从喷出口

流出,因喷发方式、环境不同,会出现不同的情况。

火山喷发之非爆炸性喷发

1.裂隙喷发

在冰岛,大西洋中脊出露地表,提供了一个直接考察洋底扩张和裂隙喷发的极好地方。研究表明,从大断裂中涌出的熔岩流黏度非常小、流速非常快,流出的熔岩迅速大面积泛滥,这种稀薄的熔岩流称为熔岩泛流(lavaflood)形成覆盖面积大而厚度薄的熔岩席(lavasheet,也译作熔岩被)。1783年冰岛拉基(Laki)火山沿着长32km的拉基断裂喷发,熔岩从断裂一侧流出64km,从另一侧流出近48km,覆盖面积达588km2,熔岩体积12km3(图13-5)。这是有历史记载的最大的熔岩流。它虽然不是爆炸性喷发,但也是最致命的火山喷发之一。熔岩泛流破坏了房屋和食品供应、杀死了牲畜、淹没了农田,造成的饥荒饿死了9336人。

火山喷发之非爆炸性喷发

绝大部分洋中脊在水下,那里的情况以往由于看不到人们不了解。1974年法国和美国科学家乘坐ALVIN号潜水器考察了大西洋中脊,亲眼看到沿着洋中脊峰顶中央裂谷的海底喷发。与冰岛拉基断裂喷发形成熔岩泛流不同,从中央裂谷流出的玄武质熔岩受到海水的迅速冷却,黏度大为降低,不能迅速大面积泛滥,而是形成枕状熔岩(pillowlava):熔岩流出喷出口后,表面被海水迅速冷凝,脆性、冷凝的表面裂开,使得内部仍然处于熔融状态的岩浆像挤牙膏一样流出来。新流出的熔岩表面又被海水迅速冷凝形成脆性外壳,外壳又破裂,继续挤出新的熔岩。这样的过程不断继续,形成的枕头状熔岩(大小几cm到1m或更大)像沙包一样堆在裂隙喷出口附近(图13-6)。

火山喷发之非爆炸性喷发

2.非爆炸性中心喷发

在夏威夷,常可看到玄武质熔岩流从一个中心喷出口宁静地流出(图13-1)。这种非爆炸性中心喷发是比较安全、也比较容易研究的。非爆炸性中心喷发形成的熔岩流,视黏度不同有不同特征。由于热在熔岩流顶部迅速散失,熔岩流表面形成一个壳,壳下液体熔岩沿着熔岩管道(lavatube)继续流动。由于熔岩管道抑制热向上散失,使得低黏度的熔岩可在表壳之下从喷出口流出相当大距离。喷出口附近熔岩温度高、溶解的气体含量高,因而黏度低,流动迅速,形成薄的、具光滑的绳状表面的绳状熔岩(pahoehoelava,图13-7)。当熔岩冷却、溶解的气体继续丢失,其黏度逐渐增大,流速降低,熔岩流的特点也发生变化,形成厚的、具粗糙不平的渣块状表面的渣块熔岩(aalava,图13-7)。大陆黑龙江省中部的五大连池火山保存了很好的第四纪喷发形成的绳状熔岩和渣块熔岩(图13-8),并可观察的远离火山口由绳状熔岩渐变为渣块熔岩的现象,是大陆著名的火山博物馆。

火山喷发之非爆炸性喷发
火山喷发之非爆炸性喷发

有时,气体会在冷却中的熔岩流中局部聚集,冲出固结的熔岩流表面形成喷出口喷出,也可形成溅落锥(图13-9)。所有的溅落锥,无论是上述的喷发开始时在中心喷出口周围形成的还是其后在熔岩流表面喷出口形成的,都很陡且小,高度很少超过10m。

火山喷发之非爆炸性喷发