“惹不起”的火山灰

欧阳鹏

公元79 年8 月，維苏威火山突然爆发，其喷发出的火山灰掩埋了整个庞贝古城，火山灰最厚处达5.6 米。距维苏威火山东南脚10千米的庞贝古城，这座古罗马帝国最为繁华的城市，在维苏威火山此次剧烈爆发后的18 小时内被完全掩埋。为什么轻飘飘的“灰”都能有如此巨大的杀伤力？今天我们来了解一下被誉为“恶魔之尘”的火山灰。

火山灰是直径小于2 毫米的火山碎屑物，主要由火山爆发喷射出的岩浆碎裂而形成。直径为2 ～ 64 毫米的碎屑叫火山砾，直径超过64 毫米且在飞行过程中冷却形成纺锤形或麻花形的碎屑叫火山弹。

岩浆中含有水蒸气、二氧化碳和二氧化硫等可挥发成分，它们是火山气体。当岩浆位于压力较高的地下时，这些气体被压缩在岩浆中;而当岩浆逐渐靠近地表，压力随之减小，这些气体就会逐渐形成气泡从岩浆中逃逸。岩浆的黏度越高，其中包裹的火山气体越多，岩浆来到地表时气体膨胀越猛烈，最终导致猛烈喷发。喷发得越猛烈，岩浆越容易被打碎成小颗粒并冷凝成火山灰。

基于形成机制，火山灰的量取决于岩浆的黏度。而形成岩浆时熔化的岩石种类以及在岩浆房中等待喷发的时间长短等，决定着二氧化硅的含量。岩浆中二氧化硅的含量越高，岩浆的黏度也越高。

岩浆的黏度还影响了火山的喷发方式。即便是同一座火山，在不同时期也有不同的喷发方式，这在很大程度上取决于岩浆的黏度。

火山的喷发方式一般分为裂隙式喷发和中心式喷发两大类型，而中心式喷发又根据岩浆成分、黏度、爆炸力等性质进一步分为斯特龙博利式喷发、夏威夷式喷发、武尔卡诺式喷发、培雷式喷发和普林尼式喷发。

裂隙式喷发 在地表形成直线型长裂隙，从中涌出大量的熔岩，黏度较低。富士山曾多次发生过这种喷发，但最常发生于冰岛和夏威夷。

斯特龙博利式喷发 名字源自于意大利的斯特龙博利岛，其喷出的岩浆黏度比夏威夷式要高一些，比普林尼式要低一些，喷发特征是熔岩像喷泉一样向上喷出。西之岛的火山喷发也属于此类喷发方式。

夏威夷式喷发 当岩浆的黏度较低时，通常不会伴随有强烈的爆炸现象，甚至都很难叫作喷发，岩浆只是从火山口温和的溢流出来。这种火山喷发方式在夏威夷岛较常见。

武尔卡诺式喷发 岩浆黏度较大，火山爆发强度大，喷发时常伴随富含火山灰的喷发云，形成火山碎屑岩与熔岩流互层的火山锥，如日本樱岛火山喷发。

培雷式喷发 当岩浆黏度较高时，岩浆无法缓缓流动，会在火山顶冷凝形成熔岩穹丘，之后在内部压力的作用下崩塌，里面积蓄的岩浆喷出，形成火山碎屑流。这种形式的火山喷发非常危险，破坏性极大，圣海伦斯山火山喷发就是典型的培雷式喷发。

普林尼式喷发 火山喷发中最猛烈的一种。大量火山气体和岩浆碎块会喷射到几千米的高空，其岩浆黏度非常高。喷发的火山灰可到达平流层，并飘散到全世界。如菲律宾的皮纳图博火山1991 年的喷发。

火山灰虽然叫“灰”，但是不同于烟灰，它坚硬、不溶于水，是非常锋利的玻璃质岩石，几乎就是玻璃渣。火山灰进入眼睛或者被人吸入肺部后，会损伤眼角膜或肺部，极高浓度的火山灰还会引发严重的呼吸系统问题，甚至造成窒息。

颗粒物的粒径越小， 其被人吸入后进入呼吸道的部位就越深。吸入粉尘等粗颗粒物会造成呼吸系统损伤， 诱发支气管炎或哮喘病。吸入细颗粒物则可能会对心肺功能造成损害，引发心脏病、肺癌等。因此，对心肺较为敏感的人群，如老人、儿童和身患心肺疾病的人来说， 火山灰这类细小的颗粒物的危害更大。

火山灰会像水泥那样遇水凝结，并且吸水增重。30 厘米厚的含水火山灰就能压垮大部分房屋。1991 年皮纳图博火山喷发产生的火山灰，因为台风和暴雨变得潮湿而厚重，降落到了人口稠密的地区，约200人丧生于倒塌的建筑下。

不仅如此，喷发的火山岩浆裹挟着大量有毒的二氧化硫气体，随着火山灰在空气中弥漫，低浓度的二氧化硫会刺激患有呼吸系统疾病的人，高浓度的二氧化硫甚至可能令人致命。

少量的火山灰进入发动机、传感器等交通工具的仪器内部，就会造成设备堵塞、磨损等各种破坏，致使汽车、火车、飞机停运停航。

少量的火山灰就能覆盖道路上的交通标识和指示线，火山灰还会降低道路和航线上的能见度，进而提升交通危险。

少量的火山灰遇水变湿后会导电，可能引发电力线路停电、短路或火灾。

2010 年3 月， 由于冰岛南部的艾雅法拉火山爆发， 产生的大量火山灰在欧洲上空弥漫， 多家航空公司宣布其赴欧洲的航班取消或延误。当年的3 ～ 4月，在冰岛火山大规模爆发之后， 数千架进出芬兰、挪威、丹麦、瑞典和其他受火山灰影响的国家的航班被迫取消， 英国民航机场全部关闭， 欧洲多国受到火山灰的影响而中断航线。全欧洲的航空业都因限飞而受到重创， 空中交通在很长一段时间处于瘫痪状态。

火山爆发后，火山灰在喷发点周围区域广泛分布。火山灰含有不同数量的土壤养分，这些养分来自于喷射出的岩浆。火山爆发时会释放出水、二氧化碳、二氧化硫、硫化氢、氯化氢以及其他有害物质但也释放出岩浆中丰富的硅和氧。

此外， 火山还喷发出岩石碎片， 如辉石、角闪石和长石， 含有丰富的铁、镁和钾元素，这些都是植物生长所必须的养分。因此， 火山土壤大量沉积的区域（ 如火山喷发点附近的山坡和山谷）， 土质是相当肥沃的。

例如，意大利大部分地区是由石灰岩组成的贫瘠土壤，但那不勒斯地区（ 维苏威火山遗址） 的土地就较为肥沃，这是由发生在3.5 万～1.2 万年前的火山喷发造成的。火山喷发为土地带来了植物生长所必需的矿物质，随着雨水将其风化和分解，这些矿物质被吸收到土壤中，它们就成为了植物生长所需营养的稳定供应源。

夏威夷是另一个由于火山爆发导致土壤肥沃的地区，火山爆发反过来促进了当地农业发展。在15～18 世纪之间， 在夏威夷的考爱岛、瓦胡岛和莫洛凯岛，芋头和红薯这类作物第一次在当地火山灰丰富的土壤中被种植，带来了极高产量，促进了当地的生产，现今夏威夷的繁荣也与此密不可分。