圣海伦斯火山爆发

李念华

2004年10月，沉寂18年的圣海伦斯火山再次苏醒，伴随着隆隆的轰鸣声，火山口的熔岩圆顶逐渐凸出，烟柱从白雪覆盖的火山口升腾而起，高达数百米。原本美丽安详的圣海伦斯火山变得嘈杂起来。这些变化令人们日益感到不安，它使人们想起了24年前圣海伦斯火山的那次大爆发：57人死亡，数百民居被毁，火山灰一直散播到400公里以外，圣海伦斯火山口也形成了现在的形状。

1980年圣海伦斯火山爆发，造成地球有史以来最大的一次山崩。

圣海伦斯火山，坐落于美国华盛顿州西南部，距离俄勒冈州西北港口城市波特兰仅90公里左右。它的外观呈对称的圆柱形，因此被地质学家称为“成层火山”。

当地的印地安人一直形象地把圣海伦斯山称为“冒着烟的大山”。直到1 792年，英国航海探险家范库弗才正式将这座火山命名为“圣海伦斯山”，以纪念他的一个同乡，时任英国驻西班牙大使的圣海伦斯男爵。最早在圣海伦斯山定居的只有少量印地安原住民和一些早期开拓者，他们零星地分布在山区，偶尔见到圣海伦斯火山爆发的景象。

20世纪中期以后，圣海伦斯火山活动日益频繁。从1831年到1 857年这26年间它总是间歇地喷发，但却从来没有显示可能摧毁人类生活家园的征兆。因此当地居民和游客已经习惯于把圣海伦斯山看作一处终年适宜户外休闲的自然观光地。这里有多种多样的野生动物，火山山脚下还有风景宜人的斯普里特湖，湖中湖水清澈，湖边则分布着繁茂的林木，特别适宜开展徒步穿行、垂钓、游泳及划船等户外休闲运动。

然而，1980年春天，圣海伦斯山区的宁静突然被打破了：极短的时间内，火山从长期的休眠状态下苏醒，一时间地动山摇，火山再次显示出它的威力。这时，定居于此的居民才意识到他们一直生活在一座活火山的中心，整个北美地区的居民也才认识到原来美国境内具有摧毁力的活火山不仅分布在阿拉斯加和夏威夷地区。

1980年3月20日凌晨3点47分，圣海伦斯山发生4.2级地震，这是继3月16日若干小型地震后一次威力较大的地震，它标志着圣海伦斯火山从长达123年的休眠中苏醒过来。随后的一周时间里，地震活动更加频繁，到3月25日正午达到顶峰。之后两天内，地震活动的数量每天都达到新高，震级略小的地震活动有数百次之多，其中级别最大的一次地震甚至让居住在火山周边的居民也亲身体验到。在这期间科学家利用航拍监视设备观察到由频繁地震引起的小规模雪崩，但仍然没有任何迹象表明火山会突然爆发。

3月27日晚12点36分，随着一两声类似雷鸣的响声，圣海伦斯火山开始爆发，大量的火山灰和蒸汽从火山口喷涌而出。火山由内而外的喷发甚至直接把之前被冰雪覆盖的火山口掀落，剩下一个直径约80米的喷发口，这个火山口的周围还出现了数条大小不一的裂缝。

到4月21日，圣海伦斯火山断断续续喷发出大量火山灰和蒸汽，每次爆发所持续时间从几秒钟到几十分钟不等。第一个喷发口位于火山西面，随后它的附近又很快冒出了第二个直径略大的喷发口，随着火山活动的继续，两个喷发口逐渐扩大并最终合二为一。火山喷发引发的雪崩使震碎的雪块和冰块掺杂着深色的火山灰沿着山坡成股流下，看上去像给火山加上了条纹装饰。从3月到4月，原先被皑皑白雪覆盖的圣海伦斯山在经历地震和雪崩的洗礼以及盛行东风的吹打后，变成了“双色山”。

到1980年5月中旬，圣海伦斯山共遭受数百次地震的袭击，其间还有大量火山灰和蒸汽从火山顶间或喷发，在大量岩浆物质的侵蚀下，原本被冰雪覆盖的圆屋顶式山峰遭遇严重变形。

5月18日，似乎是一个吉祥的日子。然而圣海伦斯火山却发生了最为剧烈的喷发，持续时间长达9小时，其猛烈程度更是相当于每秒钟爆炸一颗原子弹。而这次火山爆发还引发了有史以来最大的一次山崩——落下的岩石和杂质总量足以填满底面积相当于一个足球场、高达1 90米的巨型容器。火山的喷发促使火山北侧形成一个外形类似古罗马圆形竞技场的新喷发口。这个新的喷发口宽度约为1500-3000米，从边缘到最低点的深度约为3400米。

这次爆发是美国历史上最具摧毁力的一次火山活动，也是地球有史以来发生的最大的一次山崩。火山爆发前，圣海伦斯火山的高度是2950米，爆发后，炸去了400米的山顶。由于火山爆发突然且迅猛，造成了严重的人员及财产损失，特别是山崩、横向冲击波和泥石流对当地居民的生产生活带来了极大毁坏。据统计，这次喷发共导致57人死亡(其中包括火山学家约翰顿和几名摄影师)，数百人受伤。据尸检报告介绍，圣海伦斯火山活动的受害者大多是由于吸入火山灰最终窒息而死的，只有一小部分是死于烫伤或其他外伤。

5月18日的火山活动甚至改变了当地的地形。此外，生活在这里的野生动植物也受到重创。据统计，包括鹿、麋鹿和熊在内的大型动物种群，所有鸟类以及大多数小型哺乳动物都从重灾区消失了。只有部分小动物，如啮齿类穴居动物、火蜥蜴和青蛙等得以幸存。据分析，这很可能是因为它们活动于地下或水下，避开了灾难的直接打击。

自1980年5月以后，圣海伦斯山依然处于间歇式活动状态，至今，它又经历过几十次喷发活动。现在，在火山口内又有新的圆丘慢慢隆起。地质学家认为，如果要恢复到大爆发前的原貌，至少需要200年的时间。

科学家根据现场照片和幸存者的描述重现灾难瞬间。

1980年5月1 8日，一个晴朗无云的星期天。早上7点火山学家大卫·约翰顿刚在位于火山以北10公里左右的观测点值完夜班，正利用无线电将先前激光测试结果发送给总部。从刚收集到的数据来看，圣海伦斯火山的活动情况跟一个月前相比并没有太大变化。无论是火山监测数据、膨胀活动的频率还是二氧化硫物质的排放量以及地表温度等等，都没有预兆显示火山会在随后一个半小时内猛烈爆发。然而，早上8点32分，地下1.6公里处爆发了一场5.1级的地震，随后20秒内火山北面凸出部分全面塌陷。

在5月1 8日火山喷发的初期，人们根本搞不清楚发生了什么，更不能预料还会发生什么。火山的爆发像谜一样难以解释。究竟是火山喷发引发了5.1级的地震，还是地震活动引发了火山爆发，亦或二者相互关联?直到若干天以后，科学家才能够到达事发现场进行勘察，并结合目击者的描述，最终理清了灾难发生当时的详细情况。

地质学家斯特菲尔夫妇当时正乘坐一架小型飞机从火山顶上空飞过。据他们后来的回忆，上午8点32分，他们从圣海伦斯山上飞过，快到山顶时，一切还很平静，转眼间，他们看到许多碎石块和碎冰块开始滚落到凹陷的火山口里，大约15秒后，整个火山的北面开始“起波浪并原地形成搅拌状”。

斯特菲尔夫妇从空中目睹了整个北坡坍塌的，全过程，并拍摄下不少珍贵照片资料。而当时正在距离火山

东北面大约17公里参加户外野营的加利先生则从地面拍摄了山崩的图片。另一位参加野营的威廉先生也通过双目望远镜看到：“整个北坡变得模糊不清，感觉像是大量尘土顺势滚落”，接着“整座山似乎从眼前消失了”。当时野营地的很多人都纷纷用自己的相机记录下了他们所看到的种种状况。

科学家在对野营地照片进行细致观察后，发现仅在大概40秒的时间内包括火山喷发在内的各种灾难接连出现。

8点27分，火山北面似乎没有任何异常动静。仅仅5分钟后，8点32分11.4秒，5.1级地震将山顶整个掀落。

8点32分53.3秒，整个北坡混乱不堪，大量岩浆裸露出来，岩浆及气体喷涌而出。这是圣海伦斯火山20世纪80年代以来的首次喷发。

8点32分47.0秒，第一批滑落的碎石已经落下约700米，第二批碎石也已经向下滑落约500米。北部山体开始塌陷，而据推测此前约26秒时山崩已经开始形成。这是有史以来地球上最大的一次山崩。

8点32分49.2秒，由于碎石运动，火山喷发同时在山顶竖直方向和侧翼形成冲击波。这是非常罕见的现象。

8点33分03.7秒，山体滑坡继续进行。火山的喷发把整个山峰的圆顶“吞噬”。横向扫过的气流夹杂着大大小小的石块作高速运动，迅速赶超了行进速度相对较慢的山崩。

8点33分18.8秒，山崩开始后不到1分钟的时间，圣海伦斯火山的喷发达到峰值，一些向内落入喷发口的小石块立即就被弹开，而侧翼冲击波的前锋此时也完全超过了山崩震下的石块。

喷发口的横向冲击波大约只持续了30秒左右，而向北的冲击波则多持续了1分钟，火山口方圆约26公里范围的地区都受到影响。而随后不到15分钟的时间内，这些地区又再次遭受火山灰的袭击，直到下午5点30分左右火山喷发活动终于偃旗息鼓，这场整整持续了9个小时的火山灰灾害才逐渐开始消退。而真正等到尘埃落定已经是19日清晨。

正是这些第一时间拍摄的照片帮助科学家了解了灾难发生的过程：5.1级地震引发圣海伦斯火山北坡失重塌陷，随之形成山崩并激发火山口同时向纵横两个方向喷发。

在圣海伦斯火山不断喷发的9个小时中，野营地的人们就像看到了地狱一样。猛烈的喷发停止后，小规模的喷发又持续了4天。过了一周，又出现了一次大规模的喷发，接下来又是几次小规模的喷发，最后，火山终于耗尽力量，安静了下来。不过现在的圣海伦斯火山已经没有了“脑袋”，一切都完全不同了。现在地图上标出的圣海伦斯山主峰高程是2550米。

火山剧烈喷发引发雪崩、冲击波、火山灰流、熔岩流及泥石流等灾害。

雪崩

火山的剧烈喷发首先引发了大规模的雪崩。地质学家斯特菲尔夫妇的描述再现了在瞬间所发生的雪崩状况：斜坡沿线的岩石和冰屑都向内陷进了喷发口……大概15秒钟之后整个喷发口北面开始同步移动……这种移动非常怪异，令人不寒而栗……整个喷口开始七拱八翘，逐渐形成搅拌形状，随后整个火山顶的北部开始沿下陷的斜面向北挪移。

能够有幸看到山体的异常运动专他们感到十分兴奋，他们不停地拍摄山体滑行的过程，但仅拍下几张照片过后，一次巨大的火山喷发就把飞机震离了预定的航线。

横向冲击波

雪崩发生后的几秒钟内，火山爆发达到了高潮，整个火山北麓突然塌陷，之前郁积于整个火山系统中的压力得以急速舒解。山崩在将山顶削平的同时，还导致了岩层下的高压水蒸气和消融在岩浆中的各种气体在火山内部瞬时爆炸。(这个过程非常类似于日常生活中把经过剧烈摇晃的汽水瓶瓶盖掀开或在处于高压状态的容器上钻孔所产生的效果。)

横向冲击波出现了。尽管比雪崩晚，但其运动速度非常快，很快就赶超了雪崩运动。在冲击波正面经过的地区，其速度可能达到甚至超过了音速。

当时冲击波发出的声响传到了数百公里以外地区，包括俄勒冈、蒙大拿、爱达荷和加利福尼亚北部等。然而，一些紧挨着圣海伦斯山的地区，比如仅距火山80公里的波特兰和俄勒冈州的许多地方却没有听到任何爆炸声，就连灾难的幸存者和乘小型飞机经过的科学家斯特菲尔夫妇在回忆时也没有提及冲击波的攻击。这是因为圣海伦斯山附近存在呈放射状的所谓的“寂静区域”，在这片区域中的人们压根儿就听不到爆炸声。

受冲击波影响的地区大致可划分为三个同心圆区：

直接冲击区，位于最里面，辐射范围大致为直径12公里。整个区域中无论是天然的还是人造的物体都被湮没或冲走。那些被冲走的物质的流动方向甚至不会因为地势变化而出现偏转。

沟渠形成区，位于受冲击波影响区域的中间部分，这个地区的地形因熔岩的冲刷而形成众多的沟渠。

焦枯区，又被称为直立死亡区，位于受冲击波影响区域的最外侧。这一区域中的树木往往被冲击波的高温气体烤焦但却依然保持直立。

火山灰流

横向冲击波出现后极短时间内，大量火山灰和水蒸气竖直地从火山口喷薄而出，喷发时形成的烟状物的高度迅速提升。不到10分钟的时间，烟柱的海拔高度就超过了20公里，并开始扩散形成蘑菇状烟云。随着火山喷发加剧，火山灰云的主体部分逐渐顺风沿东北偏东方向飘向下游。

由于天气晴好，科学家通过卫星影像追踪到了火山灰云顺风飘流的轨迹。早晨9点45分，它以平均每小时100公里的速度行至华盛顿州的雅克马地区，到11点45分又行至华盛顿州的斯波克恩地区。由于火山爆发持续了9个多小时，其间源源不断地喷发出大量火山灰，加之这些顺风飘散的火山灰稠密得足以遮天蔽日，因此导致雅克马地区和斯波克恩地区被迫启动了夜间应急光源。

整个白天火山灰烟柱的高度上下浮动，到下午稍晚时候开始逐渐下降，到5月19日早晨才完全消失。而此时，火山灰的行迹已经扩散到整个美国中部地区。两天后，尽管大量火山烟云逐渐消散在空气中，美国东北部地区的大气污染监测器还是监测到了一部分灰尘微粒。部分火山灰微粒甚至在不到两周的时间内弥漫到了全球的大气当中。在环球旅行数周后，大部分尘埃渐渐落入地表，而有一小部分则在若干年内一直悬浮在大气的上层。

持续9个多小时的火山喷发中，大约有5.4亿吨火山灰飘落到面积超过5600平方公里的广阔地域。

火成碎屑流

火成碎屑流是熔岩和岩石碎块的混合物，通常滚烫甚至还会发出光亮，所以又被称为“发光的云彩”。火成碎屑流的运行速度最快时可达到每小时730公里。自身的高温和机动性使火成碎屑流成为最具摧毁性的灾难。

火成碎屑流极可能在横向冲击波发生后不久就开始形成，但直到正午过后人们才观测到它的流动。此后的5小时内，它始终源源不断地流出。据目睹者描述，火成碎屑流从火山喷口的边缘溢出，看上去就像“锅里熬开的燕麦粥”。据统计，5月1 8日的火山喷发共形成了17股向不同方向流动的火成碎屑流。

泥石流

伴随火成碎屑流出现的还有另一种火山物质流，它就是由火山碎岩块和水构成的具有流动性的混合物——泥石流。5月18日火山的猛烈爆发后，大量滚烫的熔岩和火山灰将原先累积在峰顶的冰雪融化了，雪水顺势流下形成大量火山泥流。

早在上午8点50分人们就已经发现陶特尔河分岔口南面出现了泥石流现象，然而规模最大且破坏力最强的泥石流却直到数小时以后才在陶特尔河岔口以北地区出现。当时山崩形成的巨型石块已经完全被水渗透，开始顺流滚落下来。下游的克里特兹河和哥伦比亚河被沉积物淤堵，克里特兹河的蓄水量顿时减少了85％，而哥伦比亚河的内河航运水位也下降了许多，以至于大量船只无法正常运行。此外，泥石流还沿斯维福特河、派恩河和姆迪河流域横扫过火山的东南面，将大量的水、泥和碎石倾入斯维福特水库，水库水位因此不得降至较低水平，以免大量水溢出对下游村落构成威胁。

生态系统在毁灭性的打击下能保留下来吗?生态系统怎样复苏?

火山爆发给生态系统带来了极大的灾难。温度极高的火成碎屑流行经之处几乎全部变为泥浆覆盖下的不毛之地。火山喷发导致地球有史以来最猛烈的一次山崩，横向冲击波甚至将树木抛到12公里以外的地方。火山灰遮盖了方圆数千平方公里的地域，仅有树木得以幸存。

数周以后，生物学家来到现场，他们发现许多物种被摧毁殆尽，但也有部分物种侥幸逃脱，幸存的动植物主要是蜘蛛、小鸟和囊地鼠等躲在地面以下得以幸存的小动物和部分随风降落的外来植物。外来的哺乳动物也已经开始在这片荒原上觅食。

对生态学家而言，圣海伦斯火山是一个研究物种更替的绝好案例。科学家从圣海伦斯的恢复过程中得出结论，认为生态的恢复是一个过程，火山喷发所带来的影响不只局限在一个方面。无论是火山灰、火成碎屑流还是巨型山崩都从不同角度对生物产生影响，而不同物种的反应往往也不一样。

一些穴居动物甚至在遭受重创的区域得以幸存。在被横向冲击波摧毁的地带就有金花鼠从土层下钻出来，它们的活动客观上使土壤和表层的火山灰混合，土地肥力得以增加，加上植物种子或部分幸存树木，这里的生态很快得以恢复。这种短、平、快的恢复方式是生态学家意料之外的。最令人吃惊的是物种的多样性。以往人们所了解的生态恢复原则是，在火山爆发的重灾区很少有物种能够幸存下来，因此在重灾区周边受到影响相对较小的区域可能是生态恢复的希望所在。而对1980年火山爆发的调查表明，首先引发变动的正是生活在火山重灾区土层以下的穴居小动物，正是它们的活动(如翻土)为外来物种迁入创造了条件。

1883年8月，位于印尼的腊卡塔火山爆发，其威力大约是广岛原子弹爆炸的10万倍，而喷发时的声响更是传到了4500公里以外的地区。这次火山活动湮没了小岛约2/3的土地，堆积了厚度为30-60米不等的火山灰。约有20立方千米的石块、灰烬和烟尘被抛入空中。而海底的挪移还引发了海啸，造成36000人死亡、160个村落被毁的惨剧。

从腊卡塔火山的地质活动来看，它位于印度一澳大利亚大陆板块和太平洋板块交界的地段，是分布在苏门答腊岛和爪哇岛之间众多活火山中的一座。它也是一个研究物种与新栖息地的好地方。在腊卡塔火山最值得研究的就是外来物种如何抵达并最终占领这个毫无生机的孤岛。

据统计，物种占据孤立小岛时通常借助以下几种天然运输方式来实现：一是空运，借助鸟或昆虫的飞行空运，如轻盈的兰花种子及蕨类植物的孢子等。二是海运，动植物自己游过去或借助原木实现漂流。三是动物“搭便车”，通常是一些植物种子或动物幼虫钻入动物体内或依附在它们身上“搭便车”。

为了确保迁徙的有效性，许多动植物甚至在进化方面做出了改变。一些软体动物通过黏性物质依附在其他动物身上。部分植物种子通过粘合或倒钩的方式把自己挂在动物体表，有的甚至借助风的力量在空中轻盈地飘扬。而一些植食动物则把部分植物种子带到新的地方。如果新栖息地形成时间足够长，那么外来物种的数量可能逐渐与之前灭绝的物种数量持平，生态系统开始趋于稳定。

在腊卡塔火山，上述几种方式都得以应用。1997年，科学家对那里新的生态栖息地进行了实地调查，发现如果时间足够长，热带雨林生态系统完全能够在不受干扰的情况下从毁灭式的灾难中恢复。一个世纪之前，腊卡塔火山的残余部分还是寸草不生的荒原，而现在已经是一片生机昂然的热带雨林。1883年被摧毁殆尽的三个小岛现在已变为400多种维管植物、数千种节肢动物、30多种鸟类、18种陆生软体动物、17种蝙蝠和9种爬行动物的乐园。它们都是横越44公里的海路迁徙而来的外来物种。这个生机勃勃的系统最初得益于部分适应力极强的动植物。据考证，腊卡塔火山新栖息地最初的先锋物种是靠海运上岸的树木，后来动物逐渐取代了它们，成为生态系统中更加重要的角色。