火山和地震

2月3日

星期三

庚子年

臘月廿二

立春

▲蒙大拿州西部的小雪羊 (© Donald M. Jones/Minden Pictures)

火山活動是指與火山噴發有關的巖漿活動,又稱噴出作用。火山噴發的形式有裂隙式噴發與中心式噴發兩種。裂隙式噴發是巖漿沿著地殼狹長線狀斷裂溢出地表的過程,一般沒有爆炸現象,流出的主要為基性玄武巖質巖漿,冷凝後形成厚度穩定、覆蓋面積大的熔巖被。這種火山噴發多見於大洋中脊的裂谷中,陸地上僅見於個別地方。中心式噴發是巖漿沿著管形通道噴出地表的過程,是現代火山最主要的噴發形式。按火山噴發的劇烈程度,又可劃分為寧靜式、爆炸式和過渡式3種。寧靜式噴發沒有猛烈的爆炸現象,只是大量巖漿溢出,以基性玄武巖質巖漿為主,氣體少,很少有固體噴發物。爆炸式噴發伴隨非常強烈的爆炸現象,噴出物以中、酸性巖漿為主,含氣體多,常有大量火山碎屑物噴出。過渡式噴發又稱中間式噴發,其特點介於前兩者之間。中心式噴發劇烈程度的差異,主要與噴發物的性質和氣體含量有關。一般來說,巖漿的酸度越高,氣體含量越多,其爆炸性就越強。海底火山裂隙式噴發可形成海嶺,出露海面後成為火山島;在陸地上裂隙式噴發可形成熔巖臺地或熔巖高原,如巴西南部高原、印度德幹高原等就是由玄武巖質熔巖構成的。中心式噴發可形成錐狀、盾狀、穹狀以及其他形狀的火山地貌。錐狀火山是火山碎屑夾帶的熔巖堆積在噴出口周圍形成的圓錐形山體,坡度較大,可達30°~35°。這類火山地貌最多,一般由爆炸式火山活動形成。盾狀火山是由黏度小的基性玄武質巖漿堆積成的山體,坡度一般小於10°,相對高度也小。盾狀火山常由寧靜式火山噴發堆積而成。穹窿狀火山是黏度大的熔漿聚在火山口周圍形成的穹窿狀山體。

▲一艘遊船經過時熔巖流撞擊水面產生爆炸，夏威夷火山國家公園 (© Patrick Kelley/Getty Images)

地震是地殼快速釋放能量過程中造成的振動,主要由板塊之間相互擠壓碰撞造成板塊邊緣及板塊內部產生錯動和破裂引起。地震是經常發生的自然現象,全球每年發生地震約500×10⁴次,但人們能感覺到的僅佔其中的1%左右。地下發生地震的地方叫震源,震源在地面上的垂直投影叫震中,震中到震源的距離叫震源深度。按震源深度可把地震分為淺源地震(<70 km)、中源地震(70~300 km)和深源地震(>300 km),其中淺源地震最多,破壞力也最強。震中是地面震動區的中心是地面垂直震動最強的地方。地震的強度和對地面的破壞程度分別用震級和烈度表示。震級是指地震絕對強度的等級,它與震源釋放的能量多少有關,釋放的能量越多,震級越高。由於一次地震的能量釋放是一定的,所以一次地震只有一個震級。震級在3級以上的地震人們才能感覺到,故稱之為有感地震,震級在7級以上的地震稱大地震。烈度是指地震對地面及建築物的破壞程度。地震烈度共分為12度,烈度越大對地面和建築物破壞程度就越大,一般將烈度在6度以上的地震稱為破壞性地震。烈度的大小與震級高低、震源深淺、與震中的距離、該地區的地質條件及建築物結構等多種因素有關。在同樣條件下,震級越高其烈度就越大。同一次地震,震中的烈度並不是最大的,往往離開震中一定距離處的烈度最大。主要原因是震中的地面主要表現為垂直震動,對建築物破壞較輕;相反,離開震中一定距離處的地面由於地震波的影響,水平擺動比較明顯,烈度較大。同一級地震,震源越淺,烈度越大。

地震的成因有自然和人為兩方面。絕大多數地震是自然原因引起的,稱為天然地震。人為原因引起的地震主要是人工爆破、核試驗、人工特大型建築物(如特大型水庫)引起地殼質量失衡等造成。天然地震可劃分為構造地震、火山地震和陷落地震等幾種類型。①構造地震。構造地震是由構造活動所引起的地震,約佔地震總數的90%,破壞力最大。對構造地震形成機制的解釋有多種,其中最重要的是斷層說。斷層說之一是彈性回跳說。該學說認為,組成地殼的巖石具有彈性,構造運動所產生的巨大地應力常積聚在地層中,起初巖石發生緩慢變形,當巖石承受的應力超過極限時,就會發生斷裂或者老斷裂再次活動,變形的巖層像具有彈性的鋼板一樣在斷裂時回跳到原來的位置,釋放出大量能量而引起地震。有人認為,彈性回跳說只適於對淺源地震的解釋,而地下更深的高溫高壓環境中,巖石處於塑性狀態,不會發生彈性回跳。斷層說之二是黏滑說。該學說認為,在地下較深的部位,斷層兩盤巖石黏結在一起,當地應力大於摩擦力時兩盤便發生滑動,釋放出能量,引起地震。地震之後,兩盤又黏結在一起,孕育下一次滑動和地震的發生。②火山地震。由火山活動引起的地震稱為火山地震,僅佔地震總數的7%左右,其強度和影響範圍不大。火山活動時因地下巖漿的衝擊或由於熱力膨脹作用,巖層斷裂而引起地震。此外,巖漿大量噴出地表,地殼內部壓力減小,也可造成巖層斷裂錯動而引發地震。③陷落地震。因巖層崩塌陷落而產生的地震稱為陷落地震,大多發生在可溶性巖石地區。可溶性巖石經地下水長期溶蝕,形成許多地下空洞並不斷擴大,當洞頂不能承受上部巖石的重量時,就發生塌陷而引起局部地殼的震動。火山噴發是一種壯觀而又令人生畏的自然現象,是地球直接而快速地向自然地理系統輸送地球內部物質和能量的過程,因而會對自然地理系統和人類活動產生影響。其影響包括正面和負面兩個方面。火山活動對自然地理系統和人類的正面影響主要表現在:第一,有利於某些礦產資源的形成。在火山噴發過程中,一方面形成各種火山巖,另一方面還使一些有用元素富集起來形成多種礦床。巖漿與圍巖發生物質交換,可形成多種礦床;巖漿逸出的水蒸氣在地下凝結可形成溫泉或礦泉等。第二,有利於土壤肥力提高。火山灰中含有豐富的植物生長所需要的營養元素,形成肥沃的火山灰土。第三,有利於平衡全球氣溫,減緩增溫趨勢。200多年來全球多處火山活動與氣溫變化間的相關性表明,火山噴發可使氣溫下降。其原因主要是噴發的火山灰和含硫氣體向上衝入平流層,停留數月甚至數年,能反射和散射太陽短波輻射,使到達對流層的太陽總輻射減少,具有「陽傘效應」,使氣溫降低。火山活動對自然地理系統和人類的負面影響主要表現在:第一,火山噴發有時能引起地震、山崩和海嘯,造成人畜傷亡和建築物破壞。第二,火山活動噴出的熔巖流與火山灰可淹沒並毀壞田園和建築物,熔巖流阻塞河谷可引起河流改道或形成堰塞湖,誘發洪水泛濫。第三,火山噴發形成的火山灰以及含硫(主要是SO₂和H₂S)等氣體,汙染大氣環境,不利於植物生長和人體健康。地震是一種嚴重的自然災害。大的地震破壞各種建築設施,使房屋倒塌,人畜傷亡,造成巨大經濟損失。例如,我國唐山1976年7月28日發生的芮氏7.8級大地震,使整個唐山市被毀,直接損失達3000×10⁸元以上,造成 24×10⁴多人死亡,16×10⁴多人受重傷,被認為是20世紀傷亡人數最多的一次地震。據聯合國統計,在1900-1985年,全球地震死亡人數達265×10⁴人,約佔各種自然災害造成死亡總人數的58%,每年經濟損失約幾十億美元。大地震對自然地理系統也有破壞作用。強烈地震能夠改變地表形態,使地面隆起或陷落,並產生地裂縫。例如,1906年美國舊金山大地震使一條街面變成了一條長堤,導致鐵軌扭曲,水管錯斷。我國 1973年甘孜地震也出現類似情況,使甘孜一爐霍一帶的地面升降幅度達-146~152mm。若地震發生在陡峭山區,可誘發崩塌、滑坡和泥石流,阻塞河道,形成堰塞湖,孕育洪澇等次生災害。如1970年5月31日秘魯西部發生大地震,引起大規模山體崩塌,重達千噸的巨石與泥石流從3750m的高度以高達320km/h 的速度傾瀉而下,推平了山下的一些村鎮。1974年5月11日我國雲南省東北部的地震也造成長達1km 的山體崩塌,堆積下來的崩落物厚達30~40m,阻塞了山崖下的一條小河。我國臺灣在1999 年 9-10月,經過一連串地震之後,整個臺灣島被擠扁了30m,島內崩塌地段超過2000處。2011年3月11日,日本東北部海域發生裡氏 9.0級地震並引發海嘯,影響到太平洋沿岸的大部分地區,造成重大人員傷亡和財產損失,日本福島第一核電站1~4號機組發生核洩漏事故。此外,地震還可改變地下水的貯存條件而影響地下水的運動和匯集。