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第16章 火山喷发的过程

不论火山以何种类型喷发,它总有一个固定的喷发过程吧?事实上,火山在发生喷发前,在地壳下就已经开始活动了,科学家经过研究发现,在火山喷出地表前,主要有三个阶段:岩浆形成与初始上升阶段、岩浆囊阶段和离开岩浆囊到地表阶段。

1.岩浆形成与初始上升阶段

岩浆的产生必须有两个过程:部分熔融和熔融体与母岩分离。实际上这两种过程不大可能互相独立,熔融体与母岩的分离可能在熔融开始产生时就有了。部分熔融是液体(即岩浆)和固体(结晶)的共存态,温度升高、压力降低和固相线降低均可产生部分熔融。当部分熔融物质随地幔流上升时,在流动中也会产生液体和固体的分离现象,从而产生液体的移动乃至聚集,称之为熔离。

2.岩浆囊阶段

岩浆囊是火山底下充填着岩浆的区域,是地壳或上地幔岩石介质中岩浆相对富集的地方。一般视为与油藏类似的岩石孔隙(或裂隙)中的高温流体,通常认为在地幔柱内,岩浆只占总体积的5%~30%。从局部看,可以视为内部相对流通的液态集合。岩浆是由岩浆熔融体、挥发物以及结晶体组成的混合物。

3.从岩浆囊到地表阶段

岩浆从岩浆源区一直到近地表的通路的上升,与岩浆囊的过剩压力、通道的形成与贯通、以及岩浆上升中的结晶、脱气过程有关。当地壳中引张或引张—剪切应力大于当地岩石破裂强度时,便可能形成张性或张—剪性破裂,如若这些裂隙互相连通,就可以作为岩浆喷发的通道。

火山从地表喷出后,通过观察和研究,又被分为三个阶段:气体的爆炸;喷发柱的形成;喷发柱的塌落。

4.气体的爆炸

在火山喷发的孕育阶段,由于气体出溶和震群的发生,上覆岩石裂隙化程度增高,压力降低,而岩浆体内气体出溶量不断增加,岩浆体积逐渐膨胀,密度减小,内压力增大,当内压力大大超过外部压力时,在上覆岩石的裂隙密度带发生气体的猛烈爆炸,使岩石破碎,并打开火山喷发的通道,首先将碎块喷出,相继而来的就是岩浆的喷发。

5.喷发柱的形成

气体爆炸之后,气体以极大的喷射力将通道内的岩屑和深部岩浆喷向高空,形成了高大的喷发柱。喷发柱又可分为三个区:

(1)气冲区:它位于喷发柱的下部,相当于整个喷发柱高度的1/10.因气体从火山口冲出时的速度和力量很大,虽然喷射出来的岩块等物质的密度远远超过大气的密度,但它也会被抛向高空。气冲的速度,在火山信道内上升时逐渐加快,当它喷出地表射向高空时,由于大气的压力和喷气能量的消耗,其速度逐渐减小,被气冲到高空的物质,按其重力大小在不同的高度开始降落。

(2)对流区:位于气冲区的上部,因喷发柱气冲的速度减慢,气柱中的气体向外散射,大气中的气体不断加入,形成了喷发柱内外气体的对流,因此称其为对流区。该区密度大的物质开始下落。密度小于大气的物质,靠大气的浮力继续上升。对流区气柱的高度较大,约占喷发柱总高度的7/10.

(3)扩散区:位于喷发柱的最顶部,此区喷发柱与高空大气的压力达到基本平衡的状态。喷发柱不断上升,柱内的气体和密度小的物质是沿着水平方向的扩散,故称其为扩散区。被带入高空的火山灰可形成火山灰云,火山灰云能长时间飘流在空中,而对区域性的气候带来很大影响,甚至会造成灾害。此区柱体高度占柱体总高度的2/10左右。

6.喷发柱的塌落

喷发柱在上升的过程中,携带着不同粒径和密度的碎屑物,这些碎屑物依着重力的大小,分别在不同高度和不同阶段塌落。决定喷发柱塌落快慢的因素主要有四点:

(1)火山口半径大的,气体冲力小,柱体塌落的就快;

(2)若喷发柱中岩屑含量高,并且粒径和密度大,柱体塌落的就快;

(3)若喷发柱中重复返回空中的固体岩块多,柱体塌落的就快;

(4)喷发柱中若有地表水的加入,可增大柱体的密度,柱体塌落的就快。反之,喷发柱在空中停留时间长,塌落的就慢。

在火山喷发过程中,挥发性物质充当了重要的角色,它不仅是火山喷发的产物,更是火山喷发的动力。从岩浆的产生到火山喷发的整个过程,挥发性物质的活动无一不在起作用。

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