火山活动类型

火山活动是指熔融岩石（岩浆）从地表或固体行星表面的裂缝（称为火山口）喷发到地表的现象。 地球上的火山活动发生在广泛的地质环境中。这些构造大多与形成上地幔和地壳的巨大刚性板块的边缘相连。大约 80% 的活跃陆地火山及其相关现象发生在两个构造板块的交汇点，一个板块将另一个板块推开并将其推入地幔中被重新吸收。

大陆山脊系统的轴线是活跃火山活动的第二个重要位置。在这里，当板块在山脊两侧分离时，岩浆从地幔上升，并在两个板块的前缘形成新的洋底。这种火山活动几乎完全发生在水下。在少数海洋山脊高出深海底部足够高以浮出水面的地方，会发生陆上火山活动。

火山活动过程是如何发生的？

当地幔或地壳下方岩浆穿过地壳上升时，它最终会到达地球表面。熔融元素岩石在表面的行为决定了岩浆的特性。粘性（稠密）火山喷发以爆炸力为特征。相反，非粘性（流体）岩浆喷发出大量熔岩到地表，这表明其具有喷发性。

在某些情况下，岩浆会在不接触外部世界的情况下冷却和凝固。在这些情况下，岩浆在地壳内部冷却和凝固，形成创造性的块状结晶结构，最终发展成火成侵入体。岩浆冷却，晶体中发现的物质有效地从主要混合物中移除，导致剩余岩浆的化学成分随着其缓慢硬化而改变。未演化岩浆的新注入可以重新激活更演化的岩浆，这使得更粘稠的岩浆能够喷发。

简而言之，“火山活动”一词是指包括以下内容的任何火成活动：

• 岩浆形成
• 岩浆的前进运动
• 表面喷射
• 冷却和凝固。

火山活动类型

火山活动根据岩浆流向分为两类：侵入式火山活动和喷出式火山活动。

1. 侵入式火山活动

当熔岩流入构成地壳的沉积物时，称为侵入式火山活动。它在地下冷却凝固时形成独特的特征，称为深成岩。这是一种已形成的侵入火成岩。

经过长时间的剥蚀或被侵蚀暴露后，这些深成岩将在地表可见。

岩浆可以在地球表面以及地球内部冷却凝固。地球内部在此过程中转化为以下几种基于岩浆的地貌：

• 岩基：山底处凝固的巨大岩浆沉积物。
• 岩盖：小规模岩浆通过推挤其上方的岩层形成圆顶状结构。
• 岩盘：这种小规模、水平定向的地下岩浆在地表附近冷却凝固。
• 岩柱：指褶皱的围岩叶理或与层理面相对的火成岩深成岩。
• 岩床和岩脉：这些是小规模、水平定向的岩浆，在地表附近冷却凝固。
• 岩墙：小规模、垂直倾斜的岩浆，在地壳内部冷却凝固并附着在周围岩石上。

2. 喷出式火山活动

在极端压力下，熔融熔岩穿过深层岩石裂缝并上升到地球表面。这种火山过程形成的结构称为“火成喷出体”。

以下是一些正在地表形成的喷出地貌实例：

• 破火山口：在火山爆发期间岩浆房或储层排空后，一个巨大的类似坩埚的空洞立即出现。当它充满水时，被称为“破火山口湖”。
• 复式火山：在火山表面凝固的熔岩形成巨大的山脉，称为复式火山。
• 间歇泉：间歇泉是一个高耸的火山口，偶尔会喷射出蒸汽和沸腾的水柱。
• 温泉：温泉，通常被称为地热泉，是在地热活动加热的地下水从地壳中涌出时形成的。

与爆炸形成的火山山脉不同，值得强调的是，当熔岩流淌以在更广阔的区域形成高原时，它的液体稠度更高。这种爆炸具有更高的携带固体喷发到地表的力，导致火山喷发形成的山区有更多的固体。我们将在下一节中详细探讨其中一些类型。

• 火山渣锥

大多数火山渣锥，如不列颠哥伦比亚省北部的夏娃锥，长度只有几百米，高度只有 200 多米。大多数由囊状块状火山岩碎片组成，这些碎片是在高气压喷发早期阶段喷出的，后来可能变成喷发性（熔岩流）。大多数火山渣锥是单成因的，这意味着它们是在一次可能持续数周的喷发期中形成的。火山渣锥脆弱且易于磨损，因为它们主要由松散的碎片组成。这可能发生得相当快。

• 复合火山

大陆板块沿会聚板块边界（例如划分海洋和大陆的板块边界）的俯冲通常与复式火山有关，例如爪哇的默拉皮火山和华盛顿州的圣海伦斯火山。许多这些火山的岩浆都沉积在位于上地壳下方的岩浆房中。

例如，有证据表明圣海伦斯火山下方有一个岩浆房，宽约一公里，深度在地表以下六到十四公里之间。在圣海伦斯火山，过去几千年来火山活动成分的系统性变化表明岩浆房是分区的，底部是基性岩，顶部是长英质岩。

圣海伦斯火山岩石的矿物含量从流纹岩到玄武岩不等，表明以前喷发的类型和特征存在巨大差异。长英质岩浆难以流动，并阻止气体轻易逸出，如前所述。在这些条件下，压力上升到火山在某些区域破裂的程度，此时发生爆炸性喷发，释放出火山碎屑物质。

这种喷发可能导致火山的冰雪迅速融化，通常导致大规模泥石流，称为火山泥流。火山喷发造成死亡的两种主要方式是通过炽热、快速的火山碎屑流和火山泥流。1902 年，当佩利火山在加勒比海马提尼克岛爆发时，火山碎屑流造成约 30,000 人死亡。其中大多数人在家中被烧死。1985 年内瓦多·德·鲁伊斯火山爆发，在距离火山约 50 公里的哥伦比亚阿梅罗镇附近，23,000 人在一次大规模火山泥流中丧生。

相反，基性喷发（以及某些中性喷发）产生的熔岩流足够厚——总厚度约为 10 米——以柱状方式冷却。由于熔岩通常比火山碎屑物质流得更远，因此熔岩流可以保护火山免受侵蚀，同时使其形状变平。复式火山仍然倾向于相当快地解体。前华盛顿州自然资源部的火山学家帕特里克·普林格尔（Patrick Pringle）声称，圣海伦斯火山是“一堆垃圾”。

从地质学意义上讲，复式火山往往形成得相当快，寿命较短。例如，圣海伦斯火山的大部分岩石不到 3,000 年，而整个岩石块不到 40,000 年。如果它停止火山活动，它可能会在几万年内消失。这主要是由于存在由未牢固连接的原子组成的弱火山碎屑喷发物质。

• 盾状火山

虽然一些盾状火山在陆地或海底的离散边界形成，但大多数与地幔柱有关。夏威夷群岛拥有最著名的盾状火山，其中只有少数处于活跃状态。它们位于夏威夷主岛。莫纳罗亚火山是世界上体积最大、山脉最高的火山，最近一次有记录的喷发发生在 1984 年。

基拉韦厄火山可能是地球上最活跃的火山，在 1983 年至 2018 年间频繁喷发，之后于 2020 年底再次开始喷发。夏威夷东南海岸是海底火山 Loihi。然而，可能的喷发可能发生在 1996 年之后，但未被检测到。其最近一次已知喷发发生在 1996 年。

莫纳罗亚火山、基拉韦厄火山和 Loihi 火山已被一个连接所有夏威夷火山的地幔柱淹没。这也意味着以前形成的——现在已灭绝的——火山已经远离地幔柱。太平洋板块在该地区继续以每年约 7 厘米的速度向西北移动。夏威夷的三座活火山都有其下方存在地壳岩浆房的证据。基拉韦厄火山的岩浆房位于地表以下 8 到 11 公里之间，直径似乎有几公里。

基拉韦厄火山尽管没有非常明显的山峰，但在其山顶区域有一个巨大的破火山口。这个火山口长 4 公里，宽 3 公里。破火山口是直径超过 2 公里的喷发火山口。它包括一个较小的特征，称为 Halema'uma'u 火山口，它位于周围地形以下 200 多米。岩浆房是大多数火山口和破火山口形成的最外层，岩浆体的压力决定了火山口底部的水平。Halema'uma'u 火山口和基拉韦厄破火山口都经历了历史性的底部运动；这些运动发生在岩浆房的膨胀和收缩期间。

硫磺烟雾和上升的水蒸气是破火山口最明显的特征之二。水是主要的挥发性元素，仅次于二氧化碳和二氧化硫，这在岩浆环境中很常见。这些气体和一些其他较小的气体来自深层岩浆房，并通过上方岩石中的裂缝上升到地表。在过去 30 年的大部分时间里，基拉韦厄火山的喷发都是溢流式而不是爆炸式，而岩浆的这种脱气对这种类型至关重要。

基拉韦厄火山的形成始于大约 30 万年前，而附近的莫纳罗亚火山和莫纳克亚火山分别始于大约 70 万年前和 100 万年前。如果夏威夷地幔柱上方的火山活动以与 8500 万年以来相同的方式继续，基拉韦厄火山的喷发预计将至少持续 50 万年。届时，它的邻居 Loihi 火山可能已经从海底升起，而它的另外两个邻居莫纳罗亚火山和莫纳克亚火山将遭受严重的侵蚀。

• 大型火成岩省

一些地幔柱不太稳定，有些在非常短的时间内产生大量岩浆。相比之下，夏威夷地幔柱在很长一段时间内（至少 8500 万年）一直以相对缓慢的速度产生岩浆。大型火成岩省（LIP）被认为是地幔柱在极短时间内喷发出大量岩浆的结果。

然而，它们的具体起源尚不清楚。横跨俄勒冈州、爱达荷州和华盛顿州的哥伦比亚河玄武岩群（CRBG）是大型火成岩省（LIP）的代表。在 17 到 14 百万年前之间，火山活动导致厚达几百米的玄武岩覆盖了约 160,000 立方公里的区域。

曾发生过几次更大规模的 LIP 喷发。有记录以来最大规模的灭绝被认为是由于大约 2.5 亿年前，在二叠纪末期，西伯利亚圈套火山群（一种玄武岩地层）的喷发造成的。此次喷发量估计是 CRBG 的 40 倍。

位于怀俄明州黄石地区下方并与长英质火山活动相关的地幔柱被认为是 CRBG 的原因，目前正在调查中。在过去的 200 万年中，黄石地区的三个非常大规模的火山喷发产生了约 900 立方公里的长英质岩浆，约为圣海伦斯火山 1980 年喷发体积的 900 倍；然而，这仅占 CRBG 中基性岩浆的 5%。

• 海底火山活动

在海底，发生了多次大型火成岩省（LIP）喷发，其中最著名的是约 1.22 亿年前在西太平洋形成的 Ontong Java 高原。另一方面，大多数海底火山活动源自离散边界，其特点是喷发量极小。在这些情况下，渗入冷海水的炽热熔岩在外部迅速冷却，然后以某种程度上类似于牙膏的方式作用。这些熔岩团块被称为枕状熔岩，它们倾向于在海底的熔岩喷口周围堆积。从总面积来看，海底的枕状玄武岩数量很可能超过地球上任何其他形式的岩石。

• 金伯利岩

有一种特殊类型的火山，称为金伯利岩，其起源于更深的地幔，深度范围为 150 至 450 公里。这与迄今为止研究的所有火山活动都来自上地幔或地壳内部的部分熔融的共识形成对比。这种深度处的物质可以在金伯利岩喷发期间在很短的时间内（数小时到数天）到达地表，与周围岩石的接触非常少。因此，金伯利岩的喷发成分是超基性的，这表明它具有地幔成分。

在古老厚地壳（克拉通）部分内，地幔在 160 至 190 公里深处发生钻石形成的足够温度和压力。从更高深度开始的金伯利岩喷发穿过这个钻石稳定区，在某些情况下将含钻石的岩石带到地表。地球上所有的钻石矿床都被认为是以这种方式形成的；一个例子包括西北地区的富饶的 Ekati 矿。

• 硅酸盐火山活动

由于硅酸盐熔岩在达到高温后迅速冷却，它们首先释放出可见光。喷发的元素被称为硅酸盐火山活动。硅酸盐熔岩流在大约 1000 摄氏度凝固，与地球上看到的熔岩流非常相似。

• 泥火山

当受压气体和流体喷发到地表，并携带泥浆时，就会形成泥火山。流体可能被困在沉积物中，从更深的沉积物迁移到其他沉积物中，或者由沉积物中发生的化学过程产生。或者，压力可能由覆盖在流体上方的沉积物重量产生，向下压迫它并阻止它逸出。虽然它们的喷发通常是无声的，但有时它们会释放出可燃气体，如甲烷。

• 冰火山活动

将挥发物释放到低于其凝固点的气氛中被称为冰火山活动。其机制与硅酸盐火山活动不同，因为冰岩浆——主要是水基的——通常比周围环境密度大，不能依靠浮力上升。

• 硫

硫磺熔岩的行为与硅酸盐熔岩不同。在约 120 摄氏度的温度下，硫磺熔点较低。此外，与地球上的硅酸盐熔岩不同，这种熔岩在冷却到约 175 摄氏度后迅速失去粘度。

• 潜水蒸气喷发

当热水压力减压时，就会发生潜水蒸气喷发。当减压时，水沸腾得更快，因为减压降低了物质的沸点。另一种可能性是，当地下水突然被加热时，蒸汽可能会突然出现。

结论

总而言之，各种形式的火山活动突出了地壳和地幔中发生的动态机制。火山活动通过破火山口和复式火山等喷出构造以及岩基和岩盖等侵入构造，影响着地质演化并改变着地貌。大型火成岩省、金伯利岩和盾状火山是其他一些自然现象，它们为地球地幔内部复杂的相互作用提供了见解。

除了增进我们对地质过程的理解外，了解各种形式的火山活动还有助于资源勘探和灾害评估。火山活动以其所有表现形式，是地球内部过程惊人力量和复杂性的一个典型例子。