火山有“过” 亦有“功”

张唯诚

从火山斜坡上俯冲而下的火山碎屑流是由火山灰、气体和岩石组成的

地球上现有大约1500座活火山，自人类有记录以来，它们中有大约500座喷发过。

火山爆发会造成人员伤亡和财产损失，但令人惊讶的是，大约三分之二的人员伤亡发生在火山开始喷发一个多月之后，这是因为喷发造成的饥荒、山体滑坡之类的后续事件导致了进一步的伤害。例如，一些人在火山喷发后又返回到危险地带，从而遇到随后的喷发或者山体滑坡。

科学家们已经发现，在造成人员伤亡的各种因素中，火山碎屑流的杀伤力比此前认为的更大。火山爆发时，火山灰、气体和岩石喷涌而出，它们组合在一起，形成以飓风般的速度从斜坡上俯冲而下的热流，这就是火山碎屑流。火山碎屑流非常危险，这是人们早就知道的，但近期的研究表明，此前人们低估了它的危险性。这项由新西兰梅西大学的火山学家格特·卢贝领导的研究指出，火山碎屑流导致的压力有一种内在的节奏，它时大时小，形成了脉冲似的冲击，这是它具有更大破坏性的原因。

火山活动并不仅仅存在于地球上，其他行星和卫星上也存在火山。例如，火星、水星和金星都曾经有过活跃的火山活动，木卫一更是太阳系中火山活动最活跃的天体之一。木卫一是木星的4颗最大卫星中最靠近木星的一颗，它有400多座火山，其中一些正在喷发，喷出的羽流（即上升烟柱）中的一些进入了远离地表500千米之外的太空中。

在地球上，大多数火山形成于地球構造板块的边缘。构造板块是大块的地壳，它们被地幔中流动的岩浆驱动着移动或者相互推挤。地幔有几千千米厚，位于地壳和地核之间。

有时候，一个板块的边缘滑到了邻近板块的下部，这个过程被称为“俯冲”。由于板块的俯冲，一些岩石被带到了温度和压力都非常高的地幔中，这些含水的岩石很容易熔化，它们还比周围的物质更轻，于是熔岩便试图浮回地球的表面。当它们突破了地壳的薄弱点时，喷涌而出，就形成了火山。

在地球上，另有一些火山并不靠近构造板块，它们是在地幔柱的上方形成的。地幔柱是起源于地球核幔边界的缓慢上升的柱状热物质流。例如，夏威夷群岛就形成于一个著名的地幔柱之上，是一系列火山活动的产物。随着太平洋板块向西北移动，新火山不断涌出地表形成岛屿并构成了岛链。

世界上还有一小部分火山是地壳被拉伸时形成的。在地壳相对较薄的地方，拉伸使熔岩得以逸出地表，从而形成了火山。那些熔岩会一层层地堆积起来，变成高高的山峰。位于非洲坦桑尼亚的乞力马扎罗山就是这样形成的。

火山爆发的规模有大有小，有些只是喷出一些蒸汽和火山灰，另一些则会引发极端的灾难性事件。20世纪80年代，科学家们制定了一种用于描述火山爆发强度的量表，从0到8共9级，被称为“火山爆发指数”（VEI）。依据这个量表，人们可以根据火山喷出的火山灰量、火山灰羽流的高度和喷发的力量来描述火山爆发的强度。火山爆发强度每上升一个等级，它的威力就扩大了10倍。

通常情况下，小型的喷发只会对附近地区造成危害。火山灰有可能摧毁火山斜坡或周围平原上的建筑物，也可能摧毁农田或牧区，引发局部饥荒。较大的喷发则会造成大范围的破坏。火山灰可以冲到几十千米的高空。如果火山顶部覆盖着冰雪，那么熔岩流就会将其融化，从而形成一种由泥浆、火山灰、土壤和岩石组成的混合物，称为“火山泥流”，其稠度很像湿混凝土，能够流到很远的地方，并摧毁沿途的任何东西。1985年，南美洲哥伦比亚境内的内华达德尔鲁伊斯火山爆发，爆发形成的火山泥流摧毁了5000座房屋，造成超过23000人死亡。距火山50千米开外的城镇也受到了火山泥流的影响。

此外，火山的危害也可以延伸到天空。火山灰羽流可以达到喷气式飞机飞行的高度，若被吸入飞机的引擎，便会导致引擎失灵。它们还会附着在飞机的前窗上，遮挡飞行员的视线。

火山喷发还时常给地球带来寒冷的天气。大约7万年前，早期的人类经历了一次大规模的火山喷发，那次喷发导致了长达1000年的结冰期，原始人几乎走到了灭绝的边缘。研究显示，在地球漫长的地质时代里，这种大规模的喷发事件每经过一段时间就会发生，它们会毫不留情地把地球拖入黑暗和寒冷中。但由于人类存在的历史并不长，因而对这样的事件并没有多少记忆。

1994年10月，俄罗斯克留切夫斯科伊火山喷出的火山灰柱。这些火山灰会使顺风方向的农作物受损，同时也会对飞行的飞机构成威胁

在13世纪到18世纪的那段时间里，地球经历过一次寒冷时期，人们称之为“小冰期”。对于那段时间的寒冷，人们记忆犹新。有人将“小冰期”的产生归咎于太阳活动，但也有人注意到另一个重要的事实，那就是在“小冰期”里，火山喷发是个频繁发生的事件。1257年、1580年、1600年、1641年、1660年和1783年都是大型火山喷发的年份。火山爆发时，火山灰进入大气层，阻挡了部分太阳辐射，导致全球气温下降。此外，火山爆发还释放出硫，当它们到达平流层后就变成了硫酸颗粒，这种颗粒会反射阳光，进一步减少抵达地表的太阳辐射量。

1257年，印度尼西亚龙木岛的萨马拉斯火山爆发，它的烟柱深入大气层达数十千米，火山灰一直落到爪哇岛。这次喷发使得接下来几年中大气温度降低，并在欧洲和其他地区造成了农作物歉收和饥荒。

1600年，秘鲁的埃纳普第那火山爆发。火山灰使全球气候变冷，以至于欧洲的许多地区在冬天里遭遇了创纪录的降雪。春天到来后，很多地方又遭受了前所未有的洪灾。1601年夏季的暴雨和低温，在俄罗斯引发了大规模的农作物歉收，随后的饥荒持续到了1603年。最终，埃纳普第那火山喷发造成了约200万人死亡，其中许多人远在半个地球之外。

此次“小冰期”的寒冷也波及我国。由于那个时期跨越明清两朝，所以我国亦将其称为“明清小冰期”。那时，我国时常遭遇干旱、洪涝和极寒天气，饥荒四起，社会动荡不安。

距离今天最近的一次导致了大范围降温的火山喷发，是1991年菲律宾的皮纳图博火山爆发，其喷涌的气体和火山灰使全球平均气温下降了0.4℃。

然而，火山爆發也并不只是给地球带来灾难。

火山爆发时不断地把二氧化碳释放到大气中，而雨水又不断地冲刷着大气，将大气中的二氧化碳带入海洋。这些二氧化碳在海床上沉淀后会形成含碳的岩石，它们伴随板块的运动进入“俯冲带”，然后滑进地幔中。在地幔的高温下，含碳的岩石会被熔化，而火山活动又重新将它们喷出地表，于是二氧化碳再一次进入大气层中。

这样的碳循环活动给地球带来了活力，也具有调节全球气候的作用。当地球变得过冷的时候，火山气体会因雨量减少而更多地沉积在大气中，二氧化碳浓度随之增加，地球会变得暖和起来。而当地球变得很暖后，雨量又会增加，二氧化碳更多地被冲进海洋里，大气中的二氧化碳含量随之减少，地球便又凉爽了一些。

例如，在5.42亿年前的寒武纪时期，地球曾坠入冰雪世界的极寒中，那时的地球一片封冻。在这种情况下，是火山喷发使地球脱离了极寒。由于喷发，大气中的二氧化碳含量上升，冰层融化，全球气候才重新回到正常的轨道上来，地球上早期的生命才得以生存下来。

科学家们发现，至少在太阳系中，由火山活动和板块运动构建的循环只在地球上存在。虽然火星和金星之类的行星上也存在火山活动的遗迹，但它们的火山活动都停止了，也没有发现有板块运动的迹象。木卫一上有火山，但也没有板块运动。

从地球演化的长远上看，火山爆发使地球常变常新，是促进地球发展的重要力量。由于火山活动，地球上的景观处在不断更新之中，新的土地会形成，新的生态环境会形成，甚至新的生命体系也得以形成。因此，作为地球上一种重要的自然现象，火山有“过”也有“功”。

1991年，菲律宾的皮纳图博火山爆发，其喷涌的气体和火山灰导致全球平均气温下降了0.4℃