什麼是火山?
什麼是火山呢?火山就是地下的岩漿噴出地表以後形成了一些山體,一些鈍狀或者錐狀的地形,這個地質體就成火山,它有三個要素,一有岩漿,二岩漿噴出地表,三在地表形成地質體,這樣才構成了一個火山。那麼火山可以作為地球有生命的一個象徵,如果把地球作為有生命的物體來看,火山是它的鼻孔,岩漿算它的血液,地震就是它的脈搏了,所以我覺得火山是地球有生命的象徵,是地球的靈魂。我這張片子,這個圖是真正的地球,咱們地球什麼形態,這是地球的一個剖面,這是地下的岩漿,像這些地方,岩漿在有一些地表有裂隙或者是薄弱的環節,噴出地表,形成火山。
火山有活火山和死火山,通常來說,大家可能知道噴發的火山就是活火山,但是在我們地質上,對活火山有一個基本的概念,通常講全心似,一萬年以來,現在準確來說是11700年以來,有過噴發記錄的火山是活火山,沒有噴發記錄的火山是死火山,現在處於休眠狀態的活火山叫做休眠火山。我這張圖片就是活火山,這個也是一個火山堆,但是它已經有10多萬年沒有噴發,所以是一個死火山。除了活火山和死火山,還有一個
火山要噴發,通常火山噴發,實際上噴發是兩種,一種是中心式,一種是裂隙式。按照一些典型的火山,分出來普里尼式,普爾勘式,夏威夷式,冰島式。
火山噴發有級別,現在科學上分了八級,這個八級是按照指數來分,10的三次方就是1000立方公里,就是噴發的,一次噴發的量是1000立方公里的定為八級,100立方公里定為七級,依此類推。像今年冰島的噴發,實際上宣傳得很厲害,其實是一個很小規模的噴發,將近兩級,規模不是很大,上個世紀只有兩次大的噴發,一次是美國1986年的聖海倫斯火山噴發,大體相當於五級,噴出來1立方公里的噴發量,最大的就是菲律賓的皮納圖博火山,它相當於六級,噴出來10立方米的噴發物。那麼火山噴發出來有許多的噴發物,其中一種就是火山岩,岩漿,岩漿根據他含的二氧化硅的量不一樣,分為低性,中性,中酸性和酸性,那麼相對岩石就有不同的岩石,最低性是玄武岩,中性叫氨酸岩,中酸性叫做英安岩,酸性叫做流紋岩,那麼不同的岩漿類型,溫度不一樣,就是越急性岩漿的溫度越高,越酸性岩漿溫度越低,由於含二氧化硅的量不一樣,粘稠度不一樣,急性岩漿,流動力比較強,噴發力比較弱,酸性岩漿,流動性比較弱,噴發力比較強,造成的危害比較大。噴出來的岩漿冷凝以後形式一些熔岩,這就是火山噴發的熔岩,各種形態都有。還有一些火山彈,像這個火彈,這個是比較典型的火山彈,像紡錘性,有的時候含有地球深部的包體,在我們學術上研究很有用,我們打鑽,現在上天容易,陸地難。上天可以上到300多公里,但是陸地,到目前為止人類陸地最深的地方是11000多米,就是11公里左右,我們國家能打最深的鑽是5300多米,石油打鑽可以的打到8000多米,陸地最深到11公里,整個全球,這是原來老蘇聯打鑽的,德國人打鑽最深打到7000多米,那麼我們要研究地球的這種結構要取一些樣品,靠打鑽還是有限的,那麼這個火山噴發可以把地下幾十公里深的物質帶上來,給我們提供了很好的研究地球深部的樣品。
火山有的時候噴發,下的火山礫,說的土一點,像下雹子似的,岩漿形成的刨子,這個很厲害,有的時候殺傷力很強。還有就是噴發的火山灰,所有的火山灰,一般顆粒小於兩個毫米直徑的碎屑叫做火山灰,那麼這個火山灰,一般火山噴發會出現大量的火山灰,有的時候一堆積,堆幾十米,上百米都。還有就是在火山灰形成一些泥石流,就岩漿和熔化的冰水形成泥石流。這是我講的第一個問題,把火山的基本情況給大家介紹一下。
那麼火山在整個宇宙間處在什麼樣的一個狀態?大家知道,在太陽系裡面,八大行星當中,除了木星的I0以外,只有地球有頻繁的火山噴發,那麼
在地球上,是八大行星當中最多的一個星球,這張圖的這些白點是火山分布的地區,從分布來看,大致沿著太平洋沿岸,太平洋整個的沿岸是一個火鏈,地球上大概有2/3以上的火山在太平洋沿岸上,然後在一些大洋中脊或者是東非大
剛才是在全球的火山分布,我們中國近百年來幾乎沒有火山噴發,最近一次是1951年的崑崙上有一次小的火山噴發,很少有人到那個裡頭,現在也沒有20人到過那裡,而且規模很小,那麼中國,實際上在地質歷史上,也是一個比較多火山的國家,特別是在中國的東部地區,從東北到東南沿海地區,一直到海南島,到廣東這些地方都有火山分布,還有青藏高原,特別是北部可可西里到崑崙上有很多的火山,中國的火山也不少,只是在近一些年來沒有噴發的火山。中國也有一些活火山,這些活火山就是剛才說的有過噴發記錄的火山,那麼大致有這些,大家都知道,像黑龍江的五大連池,還有內蒙的阿爾山,吉林的長白山,附近的龍崗地區都是活火山,還有台灣北邊的大同,陽明山也是一個活火山,還有海南島,就是在海口西邊也有活火山,雲南的騰衝,昆崙山里的西庫侖,我們國家也有10來座活火山的地方。
火山是怎麼形成的?這張圖可以看出來,火山大部分分布在太平沿岸或者是一些大洋中脊,火山的形成或者是噴發,與板塊運動密切相關,大家知道,地球表面,地殼是分板塊的,這些板塊原來是被稱為大陸漂移,後來被證明假說是有依據的,形成了板塊學說,板塊突出的表現有
我們可以看一下,剛才談到夏威夷群島,大致有七個島,東邊和西邊,我們曾經做過他的年齡的測量,最東邊的火山很年輕,越往西火山年齡越老,到現場看,東邊是熱火朝天,火山不斷的噴發,到西邊的島嶼,一片寧靜的田園風光,經過原來的火山噴發以後,已經不再噴發了,有一些岩石已經風化了,可以種莊稼,可以長一些水果和花草,這些島風光也是非常好的,田園風光非常美。在東邊,相當於一個大洋中脊,這個岩漿往上涌的時候,推著地殼的板塊向兩邊擴張,然後板塊就不斷向外走,所以離開中脊越遠的地方,形成火山年齡就越老,離開中脊越近的地方火山就比較年輕,這就是板塊學說,當初在這裡找到證據,地球的板塊是在運動的,而且年齡是由新的到老的,所以火山噴發,既是板塊運動的產物,反過來又給板塊學說找到了證據。在地球上,除了一些大洋中脊的地方,在大陸上有一些裂谷,最典型的是東非大裂谷,它是目前地球上規模最大的一個裂谷帶,從非洲南部馬拉維到中東的敘利亞,全長6000多公里,寬度最寬的地方有200多公里,如果你在裂谷裡面跑船,實際上有的時候,不到邊界的時候,感覺不到是一種裂谷,到了邊界的時候,好像有一堵牆在那裡,在這裂谷里有大量的火山,這個火山口,目前在地球上存在的唯一的一個岩漿湖,一般的火山噴發岩漿冒出地表以後,很快就會冷卻,凝固形成岩石,唯獨在衣索比亞北邊,艾爾趿拉地區有一個岩漿湖,從07年開始噴發形成,到現在還沒有凝固,我有幸前年去考察一下,這個岩漿湖口直徑有500多米寬的一個大的火山口,深有兩三百米深,從上面往下看,看到底下的岩漿在不斷的沸騰,很少噴到地表來,到現在已經有3、4年的時間,岩漿湖還在活動,在地球上可能唯一的一個點可以看到岩漿的湖,所以許多媒體到這裡去,這裡很難去,開最快的車跑三天,沒有什麼路。這個大裂谷曾經西藏的一些學者說,將來地球要形成一個大洋,這塊裂谷形成第八大洲,西方的學者,特別是英國一些學者有這種想法和認識。我去考察,我認為這種想法缺乏分析,不可能形成第五大洋,不太可能,不符合火山和裂谷發育的規律,當然是學術上的一些看法。
我在下面講講火山在地球形成過程中發揮什麼作用,應該說,地球的形成主要靠火山活動形成,為什麼這麼說呢?咱們地球是分三個層,一個是地核,一個是地幔,然後是地殼,有了地核以後形成地幔,有了地幔形成地殼,那麼整個地球的半徑在6400公里左右,地殼這個表層,薄薄的一層,整個地球有是由岩石來組成,特別是地殼,表層是硅鋁層,下層是鐵鎂層,在地球上有三大洋,一種叫做岩漿岩,一種叫做沉積岩,一種叫做變質岩,沉積岩是岩漿岩和變質岩一些碎屑再沉積形成的,變質岩是沉積岩和岩漿岩經過變質形成,但是他的母體都是岩漿岩,岩漿岩在沒有形成地幔或者是地殼之前都是裸露的,都是由火山噴發形成的,在某種程度上,火山和火山岩是形成地球最基本的物質,在我們地學當中,過去有水城論和火城論,最後是火城論戰勝了水城論,才確立了地球科學的一個學說。所以火山噴發是地球從早期到現在不斷增長,不斷形成,起到很重要的地質作用。那麼火山可能跟生命的起源和生物的演替有密切的關係,在自然科學當中,有很多的起源問題一直是個謎,宇宙的起源,地球的起源,人類的起源,生物的起源,很多都是沒有探索明白的。關於生命的起源,有很多的學說,在座有搞生物的,搞生命科學,其中有一種學說叫做火山層岩的生命學,聽起來覺得火山怎麼跟生命形成有關係,感覺有點天方夜譚,其實也不是,我從外行來講,生命的表現形式就是蛋白質,蛋白質是有氨基酸形成,氨基酸由一些有機質,比如說有甲烷或者是烴類或者是醛類這些物質形成,不管哪種有機質,最基本的成分都是C、H、O、N,在火山噴發當中含有大量的氣體,含有碳、氫、氧和氮這些元素,都是很豐富的,而且在火山噴發的過程中,從高溫向常溫降低的過程當中會達到300多度或者是200多度的時候,正好適合於這種元素來合成,最簡單的碳氫化合物,比如甲烷或者是乙炔,然後進一步合成,可以形成比較複雜的有機質,合成甲烷和乙炔這樣簡單的有機物是毫無疑問的,在火山噴發有好多金屬元素,可以起到催化劑作用,有一定的溫度,都是促進化合的作用,所以說火山活動對生命的形成有一定的作用或者是一種途徑,也不太過分。另外,在古老的火山岩當中也發現生物的痕迹,比如說在南非,在35億年的枕狀玄武岩當中,一般是在海底形成的,在岩石當中可以看到一些細菌的痕迹,大致在35億年前可以有這種痕迹,說明在火山噴發的過程中或者是噴發以後促進生物體的形成,所以在生命的火山學說可能有一定的道理。
除了對生命的形成有作用,火山作用,對生命的演替也有很大的作用,在地球形成的45.5億年,大致是46億年以來,地球形成的過程中有過多次的生物滅絕,遠的不說,中生代的侏羅紀到白堊紀的恐龍滅絕,大家很熟悉,像白堊紀晚期,現在是內蒙,赤峰那一帶,我們在學術上叫熱河生物群,在遼西和內蒙這一帶,像有一些鳥類和恐龍類的化石,在那裡發現了大量的化石,證明當初那裡的生物很繁盛,但是他們又都集中死在那裡,這種大量的生物集中的滅絕,是什麼原因造成的?這裡也有很多的猜想,現在比較時髦的說法叫做隕石撞擊地球造成生物滅絕,我們搞火山說主張很多地方生物滅絕可能是由於火山噴發或者是火山作用造成的。今天媒體上說了,還是認為是地球生物滅絕是由隕石撞擊地球造成的。但是我們也可以想一下,他說的最大的隕石是1800米長的一個隕石,對於一個地球來講,直徑是4萬多公里,這樣撞擊的面能把地球整個生物都滅絕了,也有時候很難理解,但是火山噴發會不會造成這種生物滅絕,火山噴發有大規模,比如說西伯利亞的大的火山噴發,那次火山噴發,面積在65萬多平方公里,印度的一個高原也有幾十萬平方公里,這樣大量的岩漿出來,熱量,噴出來的氣體對生態環境造成很大的影響,可能會使這些生物滅絕。另外像在遼西或者是山東發現大量的化石,這些化石都集中在一起,在很小的範圍內有大的化石,不同的生物化石都在這裡,什麼原因呢?一盤周圍的環境,原來大部分是湖泊,這些生物在飲水的時候毒死了,所以都集中死在那裡,水的毒氣很可能在火山噴發的時候,溶解在水裡,生物吸水就被毒害了,所以生物的演替或者是滅絕與火山作用有一定的關係。
下面介紹一下火山的災害,火山是十大自然災害當中的一種,被聯合國排在第六位,十大自然災害,排在第六,火山噴出來的火、氣、灰和他的岩石,它的泥土,它起到的崩塌以及放出來毒氣和一些衝擊力量會造成一些災害,那麼火山噴發會引起崩塌,會引起地震,引起海嘯,還有一些衝擊波,產生的熔岩、泥石流、火山灰對生態環境建築或者是生命都有很大的破壞,所以火山的災害是很大的。不管是火山的熔岩、泥石流,火山灰,火山雲,造成的一些災害。那麼火山噴發的時候,強烈的火山噴發確實危害性很大,比如說1986年美國西部的華盛頓州附近的聖海倫斯火山噴發,這個火山噴發一下把山頭掀掉了,這個山頭400米高,掀掉的部分是400米,然後這個山,當初山頂上有一些冰雪,火山噴發就可以使這些冰雪融化,形成很大的泥石流,這次火山噴發由於預撤工作做得比較好,死傷人比較少,給周圍的生態環境造成的破壞還是很大的,火山噴發後,我還到這裡考察過,跟美國的同行他們,我們做著直升飛機到火山口去看的,把周圍的森林,有好多的森林都給埋葬了,還有一個同行,在這個火山口觀測,在火山噴發前沒有離開那裡,後來埋在那裡了,殉職了,當時卡塔是總統,卡特慰問了他的家屬。
火山噴發的時候會形成一些熔岩,當時我們在夏威夷考察,頭一天公路還跑車,第二天熔岩把路堵了,這種急性岩漿噴發沒有太大的危險,危險性不大,這個是我們地質部的一個同行。但是在火山噴發的時候,比如說在印尼的火山,這也是一次考察,我們準備上山頂,離火山口很近,結果到了山頂的時候,沒有到山頂的時候就來地震了,因為地震,地震可能沒有多大危險,一般都是地震過後火山就該噴發了,火山噴發了就躲不開了,當時這些考察的,因為是國際的,什麼國家的人都有,後來大家就很快就散了,好在火山沒有噴發,後來逃了一劫。那麼火山噴發,最典型的一個例子就是義大利的
火山噴發對航空事業會造成很大的危害,這張圖就是說,現在航線,洲際航線大部分都爬到高緯度上去了。以前我們去美國,從北京或者是上海出發,就直奔舊金山或者是洛杉磯,直飛過去,這個路程比較長,現在飛機一起飛,往高緯度爬,再過海峽,再下來,這個路線就短了,但是這個航線,跨越海峽,每天就100多個航班,但是這兩個地方都是火山區,不管是遠東地區,還是到了阿拉斯加這些,都是火山,每年這個地方不斷有火山噴發,所以火山灰對飛機會產生很大的危險。一個實例,在1989年的一次火山噴發的時候,從阿拉斯加的首都起飛的飛機,一般是飛機有四個發動機,一個壞了用另一個,但是這架飛機,747飛機,他四個發動機都失靈了,駕駛員就很緊張了,然後這個飛機降到,從高空垂直下降,但是好在快到1000多米的時候,駕駛員又把一個發動機給發動起來了,結果又提升了,避免了一次空難,否則很慘,747應該說波音裡面最大的飛機了,這是一個很典型的事例,火山噴發會造成航空事業很大的危險。火山灰是很細膩的粉塵,如果飛機在飛行的過程中,前面滑輪轉的過程中會把空氣吸進來,把火山灰吸進去,火山灰一般在1000度左右會熔化,一般發動機裡頭,這個滑輪的轉速形成的高溫可能達到1400多度,那麼火山灰一旦熔化形成的熔岩的水,要粘在滑行槳的頁片上,會造成很大的危害,會使發動機不好使,而且這個火山灰是無孔不入,對航空確實會造成很大危害。所以今年年初的時候冰島火山噴發,歐洲,特別是西歐的航空事業造成很大的影響,停航的好多的航班,一個是在西歐航班最多的一個地區,另外,當時冰島的火山噴發,這個火山灰也確實多,有個資料上談到,冰島的火山平均每秒鐘噴出來的火山灰達到50噸,這麼多的火山灰到空中去,對航空會造成很大的影響,但是冰島這次火山噴發,只有兩級左右,是一個小規模的火山噴發,為什麼有大量的火山灰?在火山口上面是一個大的冰川,那麼大的冰川被熱的岩漿熔化形成水蒸氣,然後冰川化成水,在灌澆到火山口,好像我們火爐裡面潑冷水,那麼火山灰就噴發的更厲害,這是相互作用的,火山規模不大,但是造成的火山灰和
最近這些時候談到低碳經濟,談到氣候爭論的問題,去年的哥本哈根會議曾經談到,氣候爭論主要是人類排放的二氧化碳,根據IBCC組織公布的數據,90以上的二氧化碳是人類排放,我對這種觀點持懷疑態度,不贊同態度,因為自然界排放二氧化碳和溫室氣體的途徑太多,比如說
剛才談到了火山噴發的氣體或火山灰,地面降溫,陽傘作用不說了。一個典型的例子,1815年的印度尼西亞的
最後我想說說火山資源,火山,大自然的雕塑家,也是一個很重要的自然現象,這個火山有好的一方面,也有壞的一方面,剛才談到火山有很多的災害,也確實給人類、給自然界造成很多的破壞,但是火山跟地震不一樣,地震有一次,地震好像找不出來有什麼好處,但是,從科學上,我的一個老師跟我說,你這個說法也不對,研究地震波可以研究地球物理,也有用,但是被人類利用這種可能性比較小,但是火山不同,火山給人類和自然界會創造很多的財富,應該說一個火山形成以後渾身都是寶,我大致舉幾個例子,第一,土地資源,現在在海洋中的很多島嶼,大部分都是火山噴發形成的,夏威夷島,一個大的島鏈,都是火山形成的,到太平洋,印度洋,大西洋一些島嶼,也都是火山,到地中海的一些島嶼也都是火山,所以給提供了很多的島嶼,對航行,既有壞處,也有好處,如果在海洋,漫無天際的海洋沒有島嶼,長途的航行沒有靠岸的地方,可能也不行。另外火山地區,火山灰和火山岩風化以後的土壤是比較肥沃的,含有的微量元素比較多,生態環境是比較好的。第二,火山是重要的礦產資源,我們用的金屬礦產、非金屬礦產,還有一些寶石很多是火山作用形成的,像金屬五礦產,金銀銅鐵鉛鋅,很多都是火山作用形成的,非金屬,像這些,像這種火山灰,還有很多的非金屬材料都是火山形成的。還有就是寶石,好多種寶石,但是大家最知道的可能就是鑽石,鑽石,他的形成條件在高溫高壓下形成,那麼這種形成的環境,就是在火山噴發的,在火山經過的地方,溫度高,壓力比較大,所以往往能形成鑽石,所以,像我們國家有一些地方,遼寧、山東也能發現鑽石,但是質量比較差,不像南非,很多寶石也是火山作用形成的。還有一些新型材料。還有像溫泉和礦泉,溫泉、礦泉,這個是兩個概念,一般的溫泉當中有熱泉,也有冷泉,比如說你們有沒有去過內蒙古有一個艾爾山地區,有幾十個泉,有一部分泉是溫泉,37度到50多度,還有一種是礦泉,還有一種冷泉,在4度到7度,而且溫度就是這麼高,這是屬於溫泉和冷泉。還有一種是礦泉,礦泉就是,水含有一些礦物形成的泉,一般在火山區,溫泉和礦泉都是比較發育的,也有的,我順便說一下,火山現在洗溫泉,有的說是假的,北京有個地方,很重要的地方,我就不說了,有一次開會在院里打鑽,我說這打什麼鑽?他說打溫泉,我說這地哪有溫泉,不可能有溫泉,但是他們要打溫泉,打到深處,每中間100米就增加一度,實際上熱水跟溫泉是兩個概念,在地下可以打出來熱水,但是不是溫泉,但是從地下抽出來的水溫度比較高就是溫泉,你糊弄那些總統可以,讓他們在這裡想洗溫泉,這個院不可能有溫泉,溫泉跟熱水是兩個概念。地熱資源,火山區的地熱資源比較發育,像雲南的騰衝地區,那塊的溫泉比較多,地熱資源也比較豐富。還有就是風景資源,我下面給你們一些圖片就知道了。
我們的礦產資源裡頭還有能源,這是最近我國的這些地質工作者,包括石油部門,發現過去找石油都在沉積岩當中,見到火山岩就躲,因為火山岩是禁區,大慶這幾年在火山岩找到油氣廠,而且很豐富,現在從東北到新疆,在火山岩中都找到油和氣,這個可能是我們找油氣的新的突破和新的方向,我們正在做這方面的工作。因為這幾年的發現,已經得到的儲量已經比原來的預計超過了2倍到3倍,我國含火山岩的地區很多,下一步有可能會找出新的原井。由於這幾年火山岩當中的油氣的重要發現,使得我國的油氣的產量從前一些年變化,直線上升,所以火山也會給我們帶來一些能源。
另外這個也是新鮮事,用
長白山,這個是天池,談到長白山,順便說一下,最近韓國一個同行,我都是很熟悉的,他說2014年長白山就要噴發,這個事情是不確切的,說他胡說,同行不能這麼說,沒有多大的依據,所以大家不要聽這種說法。至於長白山的天池,這是長白山的瀑布,如果去長白山這個時候挺好,這是大峽谷,這是地貌,這是五大連池,噴氣錐,這是一些火山的熔岩形態。還有礦泉,五大連池有礦泉,沒有溫泉,五大連池的礦泉應該說在地球上都數得著,但是那裡礦泉水銷量不太好,世界上礦泉水銷量最好的是法國的礦泉,那個是火山區,銷量能占歐洲的40%,但是我們礦泉的質量比他好,可是我們銷量不好,主要你們牌子沒有創出去,創出去就行了,這裡還有溫泉,洗溫泉好處就不說了。
火山區還有一些湖泊,也是很漂亮的,這是吉林的,這是內蒙的,這是贛江旁邊。
火山的景觀,騰衝,田園風光也是挺漂亮的,火山區是很好的。到了青藏高原也有一些火山,但是那個地方很少有人能到。
火山活動是一種重要的地質作用,是地球的靈魂,是地球乃至其他行星富有生命力的象徵,它貫穿於地球的整個時空和各個層圈,在地球形成演化中發揮作用,對全球變化產生重要的影響,也與生態起源和生物演替密切相關,蘊含著豐富的科學內涵和奧秘,他時而怒吼給自然界和人類社會造成很大的災難,也塑造了氣勢磅礴、絢麗多彩的自然景觀,展示了無限的魅力,給人類創造了豐富的財富,神奇的火山是大自然的驕子。推薦閱讀:
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