噴出作用

噴出作用，又稱火山作用，是指岩漿噴出地表、冷凝固結的過程。噴出物有氣體，固體，液體三類。

基本介紹

• 中文名：噴出作用
• 外文名：eruption
• 別名：火山作用
• 噴出物：氣體，固體，液體三類
• 主要過程：岩漿沿構造裂縫上升時溢出地表
• 類型：裂隙式、中心式

火山活動

自古以來，人們就注意火山活動的現象。黑龍江省德都縣五大連池共有14 座火山，其中有兩座火山——火燒山和老黑山，曾於康熙五十八年和五十九年（1719 年和1720 年）有過噴發活動，其事分別記載於《黑龍江外記》和《寧古塔記略》中。書中說：“一日地中忽出火，石塊飛騰，聲振四野。”“煙火沖天，其聲如雷，晝夜不絕，聲聞五六十里，⋯熱氣逼人三十餘里。”由於這次噴發，熔岩堵塞了附近的白河河道，形成了五個湖泊，故稱為五大連池。

目前，五大連池地區已劃為國家自然保護區，有“火山博物館”之稱。1951 年5 月27 日，在新疆于田東蘇巴什以南的崑崙山克里雅河附近曾有一次火山噴發活動。1980 年7 月7 日，台灣屏東縣鯉魚山火山曾經爆發。根據火山活動情況一般分為：

活火山——現在尚在活動或周期性不斷活動的火山；休眠火山——有史以來曾經活動，但長期以來處於靜止狀態的火山；

死火山——史前曾經噴發，但有史以來未活動的火山。這種分法是相對的，而不是絕對的。例如，義大利維蘇威火山是世界有名的火山，過去曾被認為是一座不活動的火山，但於公元79 年8 月24 日突然強烈噴發，造成極大災害。還有些從來沒有過火山活動的地方，也會產生新的火山。如1943 年2 月20 日，在墨西哥城西方300km 多的一片玉米地里，忽然出現裂縫冒煙，繼而強烈噴發，到1944 年1 月已形成一座高450m 的火山，這就是有名的帕里庫廷火山。在大洋底也經常形成新火山。

由此可見，過去、現在和將來，火山活動都是地殼運動的一種形式。但火山活動的規模、強度和類型往往發生變化，隨著地球的演化和地殼的加厚，火山活動有逐漸減弱的趨勢。

火山構造

火山構造或稱火山機構，包括火山通道、火山錐、火山口等。

火山通道

是岩漿由地下上升的通道。這種通道既可以是許多條斷裂，在地質歷史早期，岩漿往往以這些裂隙為通道，稱裂隙式噴發；這種通道也可以是由若干條斷裂交會而成的管狀通道，稱為火山管，岩漿沿著火山管向上噴發，稱為中心式噴發，現代火山大部分屬這種類型。火山通道在火山噴發以後往往被熔岩或碎屑堵塞起來，如果地表遭受風化，填充火山管的物質可以凸起形成峻拔山峰，也可相對凹下（視其岩性軟硬而定），這種填充和形成於火山管的岩石稱為岩頸。

火山錐

火山噴出物大部分在火山口周圍堆積下來，一般呈圓錐形。典型的火山錐，其上半部坡度較陡，可達30—40°，下部則逐漸平緩。由於火山錐由多次噴發形成，故往往是火山碎屑物與熔岩互動成層。這種火山錐稱為層狀火山錐。其中碎屑物的粒度常隨距火山口的遠近而變化，大塊碎屑堆在火山口周圍，細粒碎屑則堆在較遠的地方。圍繞火山口還常常因火山噴發形成環狀或放射狀裂隙，隨後裂隙中被熔岩所填充，形成環狀或放射狀岩牆群。有的火山錐是主要由熔岩構成的，坡度很緩，如同盾狀，稱為盾狀火山。

一個火山錐形成以後，由於不斷發生火山活動，往往在原來的火山口上形成較小的火山錐，或者在火山錐的山坡上出現許多小火山錐，後者稱為寄生火山錐。如義大利西西里島上的埃特納火山（3700m）共有300 多個寄生火山錐。

火山口

位於火山錐頂部或其旁側的漏斗形噴口，稱為火山口。火山經過多次爆發，火山口不斷碎裂擴大，或由地下岩漿冷卻收縮，不斷塌陷，可以形成巨大的火山口，稱為破火口。如日本阿蘇山破火口南北長23km，東西長16km，好象一個小盆地或小平原，稱為火口原。火口原上還往往分布著若干村落。火山口中積水成湖叫火口湖，如長白山主峰白頭山頂上的天池（周圍11.3km，深313m）、廣東湛江的遊覽勝地湖光岩，都是有名的火口湖。

火山噴發物

火山爆發時，最初常在火山口或在山坡沖開一個出口，噴出黑色氣體煙柱；接著大量岩石碎屑及熔岩物質被噴上天空，然後紛紛降落於火山周圍地區；最後從火山口流出灼熱的熔漿，沿山坡向下流動；火山噴發停止後還常常沿著噴氣孔噴發氣體或形成溫泉。這是火山爆發過程中火山噴發物的一般順序。但火山噴發物的性質、內容和過程，往往因不同火山或雖同一火山而噴發時間不同而有很大變化，不可一概而論。現將火山噴發物概述如下：

氣體噴發物（火山氣體）

火山氣體成分中以水汽為最多，一般占氣體總體積的60—90%，此外還有H₂S，SO₂，CO₂，HF，HCl，NaCl，NH₄Cl 等。早期高溫階段，HCl 等氣體較多；晚期則富含SO₂、CO₂ 等成分，這種規律可以作為火山預測的一種依據。

火山氣體主要是從岩漿中分異出來的。當岩漿處於地下高壓條件下時，氣體能夠溶解在岩漿之中；當岩漿上升、壓力越來越小，則其中所含氣體就會逐漸析離出來，而且越積累越多，蒸汽壓越來越大，當其超過上覆岩層的壓力時，就會轟然爆炸，破口噴射，形成灼熱煙柱或氣團。

火山噴氣可以升華出硫黃、鈉鹽、鉀鹽等礦產。

固體噴發物（火山碎屑物質）

隨著氣體爆炸由火山口噴射到空中的大小岩石碎塊和由熔漿凝固而成的碎塊，總稱為火山碎屑物質。火山碎屑物的噴發量往往很大，如1883 年印尼的克拉卡托火山爆發，火山碎屑量約有2.5km3，並將之噴到27km 的高空。火山碎屑物按其大小和形狀等可以分為以下幾種：

1.火山灰

包括火山爆發時被崩碎的細小岩屑和凝固熔漿的細小漿屑，其直徑一般小於0.01mm；比之更細的叫火山塵；比之稍粗但不大於2mm的叫火山砂。火山灰很輕，可以升到高空進入平流層，在更大範圍擴散，長期不落。

2.火山礫

粒徑為2—100mm 的火山碎屑叫火山礫；大於100mm 者叫火山塊。

3.火山渣

一般指火山噴發時由被拋到空中去的熔漿凝固而成的熔渣，多具氣孔及尖銳稜角，從砂粒到核桃般大小或更大。

4.火山彈

是由熔漿以高速噴向空中發生旋轉、扭曲而形成的具有一定形狀的塊體，大小可從數cm 到數m，形狀多為紡錘形、梨形、扭曲形以及扁平狀（落地時尚未完全凝固時可摔成扁平狀）。有的裡面具氣孔，外皮有龜裂，稱麵包狀火山彈。火山彈常和其它火山碎屑混在一起堆積在距火山口較近的地方。

上述各類火山碎屑物質經膠結、壓固等作用可形成各種火山碎屑岩。

液體噴發物（熔漿）

噴出地表的岩漿，其中揮發成分大量逸出，稱為熔漿。熔漿冷凝後稱為熔岩。熔漿的流速決定於它的粘度、溫度及地面的坡度，大約2—8m/s。一般是基性熔漿因粘性小，溫度高，故流速大；酸性熔漿因粘性大，溫度低，故流速小。如果熔漿成分相同，則其流速決定於地面坡度。熔漿在流動過程中，溫度逐漸降低，粘性加大，流速越來越小，最後凝固成為火山岩（噴出岩）。

熔漿冷卻速度與熔漿的成分有關。較酸性的熔漿，凝固較快，首先是其表層很快凝成一層厚殼，而其下面熔漿卻仍在流動，常使上層厚殼分裂成大大小小的岩塊，這種熔岩稱為塊狀熔岩。較基性的熔漿凝固較慢，其表面往往先凝成一層塑性薄殼，而其下部熔漿尚在流動，常使表皮形成波浪起伏狀，這種熔岩稱為波狀熔岩。有時載運波狀皮殼的熔漿，因流經的地形陡緩不同，各部位的流速不一致，常使尚未完全凝固的波狀皮殼向前翻卷，將皺紋擰成繩索狀，這種熔岩稱為繩狀熔岩。海底噴發的熾熱基性熔漿，因與海水接觸，使蒸汽壓劇增，導致熔漿分裂成大小不等的塊體，並在蒸汽包圍中向前滾動，形成橢球狀或枕狀塊體，這種熔岩稱為枕狀熔岩。其表層因迅速冷卻，多為玻璃質，氣孔較多，而內部冷卻較慢，結晶程度較好。在地質時代和現在大洋中脊地帶，都有這種枕狀熔岩發育。

熔漿流動過程中，在地形變化的地方急劇下流，冷卻後形成熔岩瀑布。熔漿流出地面，因熔漿成分不同，地形條件不一樣，可形成不同形狀不同規模的岩體。酸性熔漿流不甚遠，常形成短厚的熔岩錐（或叫熔岩穹）；基性熔岩往往沿著山坡或溝谷流動，呈狹長帶狀，前端散開或擴大，有如舌狀，長可達數十公里，稱為熔岩流。如果基性熔岩沿地殼裂隙噴出，而地形又比較平緩，常四處漫溢，覆蓋較大的面積，稱為熔岩被。當噴發次數多，噴發量大，可以由熔岩構成表面較平緩的台地，稱為熔岩台地。如東北長白山區新生代的玄武岩台地，分布面積約5000 多km2。印度德乾高原為有名的玄武岩台地，面積達50 多萬km2，厚度可達1800m。在岩漿活動過程中，從岩漿中不斷析出水蒸汽，並沿裂隙升出地面，可以形成噴氣泉或溫泉。凡是水溫高於當地年平均氣溫的泉水，都可稱為溫泉。但並不是所有溫泉都直接與岩漿活動有關，例如地下水下滲，受地熱或岩漿熱影響，使水溫增高，然後湧出地面，也可形成溫泉。有一種周期性噴發的溫泉，稱間歇泉。間歇泉一般有一個漏斗形噴出口，其下有一個細長彎曲或分叉的地下水通道，或者在細長通道之下有若干個儲水溶洞；地下水受到地熱影響或岩漿烘烤，水溫逐漸增加，但上部細長水柱形成很大的壓力，水在其中不易上下對流，因此使下部水可以達到超過100℃的過熱狀態，造成很大的上下水溫差；下部水溫繼續增加便開始沸騰（蒸汽有時集中於空洞的上部），當蒸汽壓超過上部水柱壓力時，就會沖開水柱，噴向高空；然後地下水又重新聚集，如此周而復始，形成間歇噴發現象。冰島和美國的間歇泉都很有名。我國西藏也發現了很多間歇泉。

火山噴發類型

火山噴發可以分為兩個基本類型：裂隙式噴發和中心式噴發，後者又有爆烈、寧靜等之分。火山噴發類型決定於多種因素，例如，地殼的厚薄、岩漿的成分（包括酸性與基性、水汽及揮發成分含量、粘度、溫度等）、地下岩漿庫內的壓力、火山通道的形狀以及海底噴發和大陸噴發條件等。

裂隙式噴發

岩漿通過地殼中狹長線狀深斷裂溢出地表，一般沒有爆炸現象，流出的主要為基性玄武岩熔漿，冷凝後形成厚度相當穩定、覆蓋面積很大的熔岩被，火山碎屑物較少。在地質歷史時期，由於大陸殼較薄或比較活動，曾有過多次裂隙噴發活動，如印度德乾高原是世界最大的玄武岩熔岩被。在二疊紀時我國西南雲、貴、川交界地帶也噴發了面積廣泛的玄武岩，名為峨嵋玄武岩。目前這種噴發形式在大陸上已不多見，但在大洋中脊卻非常普遍。整個大洋殼的玄武岩是在2 億年間由大洋中脊裂谷中多次噴發並逐漸向外推移而成的，其噴發量之大是十分驚人的。冰島正好位於大西洋中脊之上，所以在冰島當前還能看到裂隙式噴發活動，因此這種噴發類型又稱為冰島式噴發類型。

中心式噴發

岩漿沿著一定的管形通道噴出地表，熔岩覆蓋面積較小。這是現代火山活動最主要的類型。按照噴發的劇烈程度又可略分為寧靜式、斯特龍博利式和爆烈式等幾種。

1.寧靜式噴髮型

以基性熔漿（玄武岩）噴發為主，熔漿溫度較高，氣體較少，不爆炸，因此少有固體噴發物，常常形成底座很大、坡度平緩的盾形火山錐，以夏威夷諸火山為代表，故又稱夏威夷式噴發類型。

2.斯特龍博利式噴髮型

屬於寧靜式與爆烈式之間的噴髮型，以中、基性熔漿噴發為主，並有一定的爆炸力。當火山爆發時可以把未凝固的熔岩拋上空中，並旋轉形成紡錘形或螺旋形火山彈，但因爆炸力小，一般沒有火山灰。這種噴發以斯特龍博利火山為代表。斯特龍博利火山（926m）位於義大利西西里島北部利帕里群島中，火山錐較陡。熔岩偏基性，一次噴發完了，堵塞在火山管中的熔岩還未凝固，下面又聚集了大量氣體，沖開火山管中的熔岩，再次爆發，大約每隔2—3 分鐘即噴發一次。夜間在150km 外可見到閃閃紅光，故有“地中海的燈塔”之稱。

3.爆烈式噴髮型

大都以中酸性熔漿噴發為主，含氣體多，爆炸力強，經常形成大量的火山碎屑特別是火山灰。屬於這種噴發的火山很多，如義大利維蘇威火山、印度尼西亞喀拉喀托火山、西印度群島培雷火山，以及美國聖海倫斯St.Helens 火山等。維蘇威火山是世界有名的火山。公元79 年發生強烈的噴發。開始時噴出大量氣體，煙柱高達13km；接著氣體夾雜著大量火山灰、火山渣等一齊衝上高空；最後大量熔漿噴出地面形成塊狀熔岩。灼熱的火山灰掩埋了旁貝等三個城市。後來把旁貝城挖掘出來，成為義大利有名的遊覽勝地之一。

喀拉喀托火山位於印度尼西亞爪哇島與蘇門答臘之間的巽他海峽，1883年5 月20 日發生近世以來最猛烈的爆發。噴發大量氣體和火山灰，煙柱上升27km；微小的火山灰進入80km 高空的平流層，環繞全球；火山灰總量達18km³。原為75km² 的海島崩毀三分之二。1935 年又爆發一次。聖海倫斯火山（2949.5m）位於美國西部喀斯喀特山脈中，在沉睡123年之後，於1980 年3 月27 日、5 月18 日和25 日、6 月12 日、7 月22 日突然連續爆發，蒸汽及火山灰直升18000m 余，噴發火山灰約3.8×1010km3。1983年又不時活動，2 月2 日至3 日噴發的火山灰高達6km。

皮納圖博火山（1758m）位於菲律賓西北部約80km 處，在沉睡600 多年之後，於1991 年6 月9 日和15 日猛烈噴發，是近百年來最大的火山噴發。火山爆發產生的SO₂、其他氣體、火山灰等微粒子進入20—25km 的同溫層，形成包圍地球的“太陽傘”，減弱了到達地面的太陽光線，產生“太陽傘效應”，引起全球氣溫變化。噴發形成的火山灰多達8km3。此次噴發使4.2 萬間房屋被毀，4 萬多公頃土地蒙塵，大約900 人喪生，經濟損失達數十億美元。由於在山下和山腰設有火山監測裝置，同時利用飛機上對火山逸出氣體進行分析的裝置提前做出火山活動預測，及早進行了居民撤離工作，使損失減少到最低限度。當年5 月底，經檢測火山氣體中SO2 的含量驟增10 倍，顯示出岩漿活動正在上升地表的危險信號，果然於6 月中旬產生猛烈爆發。關於火山活動的形式可以總結如下幾點：

首先，火山噴發強度主要決定於內因，即岩漿成分，基性岩漿以寧靜式噴發為主，酸性岩漿以爆烈式噴發為主。但由於地下岩漿以及外界條件隨著時間發展而變化，任何火山的噴髮型式都不是永遠不變的，噴發規模和強度也經常變化。

其次，火山碎屑物的有無和多少是判斷火山活動（包括地質時代的）類型的重要依據。一般把火山碎屑物數量與全部火山噴出物數量之比，叫做爆炸指數（E）。E 值越大，表示爆炸性越高；反之，則越低。因此，凡是有大量火山碎屑物特別是火山灰的火山，都是爆烈式火山；相反，只有熔岩流而根本沒有或只有少量火山碎屑物者，大多是寧靜式火山。火山活動是極重要和引人矚目的地質現象，自古以來，它給人類帶來嚴重災害，但也賦於人類以礦產、肥沃土壤和有待開發的熱源。由於人們對火山活動的機制還只是間接推測，既使是位於地面的活火山的火山口，人們也很難接近取得有關數據。所以迄今還不能掌握火山活動的全部規律。但當今已開始利用機器人深入火山口直接測試各種數據，如1994 年美國航天局利用機器人，深入阿拉斯加斯珀（活火山，1993 年曾兩次噴發）火山口198m深處，隨身攜帶3 個感測器採集氣體樣品，並攝下了有關圖像，傳回有價值的科學信息。相信人類遲早會進一步揭開火山活動的奧秘。