科技版~超遜偵探~UOD之87~*認識火山*(上)

火山是地下深處的高溫岩漿及其有關的氣體、碎屑從地殼中噴出而形成的，具有特殊形態的地質結構。火山可以分為死火山和活火山，一段時間內沒有噴發的活火山叫做睡火山（休眠火山）。另外還有一種泥火山，它在科學上嚴格來說不屬於火山，但是許多社會大眾也把它看作是火山的一種類型。火山爆發是一種很嚴重的自然災害，它常常伴有地震。因此火山噴發會對人類造成危害，但同時它也帶來一些好處。例如：可以促進寶石的形成；擴大陸地的面積（夏威夷群島就是由火山噴發而形成的）；作為觀光旅遊考察景點，推動旅遊業，如日本的富士山。而專門研究火山活動的學科稱為火山學。

板塊構造學說主張板塊的運動，是由於地球內部軟流圈的熱對流造成的。而當板塊互相推擠，密度較高的一邊會下降到另一邊下方，稱作隱沒，而發生隱沒的帶狀地區稱為隱沒帶或聚合性板塊交界。地底的高溫會將隱沒的板塊熔融，形成岩漿。岩漿藉由浮力緩緩上升，最後聚集成為岩漿庫，就是火山底部儲存岩漿的場所。而當岩漿中的氣體壓力累積到一個程度，火山就爆發了。例如：環太平洋地區的火山，大多為此種火山。有些火山分佈在板塊的張裂性交界上，也就是兩個板塊分離的帶狀地區。在這種地區，高溫的地函物質會上升，形成海底火山山脈，稱作中洋脊。

熱點的移動形成火山島鏈。還有一些火山並不位於板塊的交接處，例如美國黃石複式破火山口及夏威夷群島。火山學家稱這些火山是坐落於「熱點」上。目前熱點的作用機制尚不清楚，但科學家普遍認同熱點是由地函底部上升的「熱柱」造成。當板塊在熱點上做水平移動時，便有一連串的火山生成。這樣作用連續發生後，會造成一系列的火山島群，而離熱點越遠的火山其生成年代越老。

受火山成因的影響，世界各地的火山大多分佈在板塊交界處，但仍有部分例外（熱點）。主要的火山帶包括：

1.環太平洋火山帶（又稱火環）：從南美洲西岸，濱太平洋的安地斯山脈開始，經過中美洲、墨西哥、美國西岸、加拿大到阿拉斯加後，沿阿留申群島及勘察加半島到太平洋西岸的花綵列島，包括千島群島、日本、琉球群島、台灣及其附屬島嶼、菲律賓群島，接著連接印度尼西亞、巴布亞紐幾內亞、索羅門群島，迄紐西蘭。本火山帶之火山數目約佔全世界之75%，且活動相當頻繁。

2.中洋脊火山：包括太平洋、大西洋及印度洋三大洋的中洋脊，總長度約80,000公里，約成W形分佈。但中洋脊上火山的分佈並不平均，集中於大西洋中洋脊，有60餘座。太平洋及印度洋中洋脊的火山相對較少。中洋脊的火山以海底火山為主，也有少部分的火山島（例：塞席爾、冰島）。

3.東非大裂谷火山帶：東非大裂谷是由非洲板塊的地殼運動形成，地質學家預測幾百萬年後，東非可能會分裂成兩個不同的板塊，至今地質活動依然頻繁。較著名的例子有：肯亞的吉力馬札羅山、剛果民主共和國的尼拉貢戈火山等。

4.地中海─喜馬拉雅火山帶：西從庇里牛斯山始，迄喜馬拉雅山，全長約十萬公里，但分佈不均。歐洲部分多分佈於義大利，例如維蘇威火山、埃特納火山等。愛琴海上的多個島嶼也是火山島，其中聖托里尼島在史前發生過大爆發。中段幾乎無火山。亞洲部分，在印澳板塊及歐亞板塊的交界處分佈著若干火山群。

火山錐指火山噴出物在岩漿通道口堆積而成的錐形山丘，其大小受噴出物的物質和大小影響，主要分為寄生熔岩錐（spatter cone）、凝灰火山錐（ash cone）、火山渣錐（cinder cone）和凝灰岩錐（tuff cone）。火山錐上可能形成小型火山錐，其通道與主體火山錐的通道相連通但無獨立的岩漿源，稱為寄生錐。頂部的漏斗狀窪地（原岩漿噴出口）稱做火山口。岩漿噴出地表的通道，稱為火山喉管，而一旦該通道為冷凝的岩漿阻塞，稱火山頸。

複式火山（Stratovolcano，又稱為成層火山），其外觀多為優美、對稱的錐形。它們是由無數熔岩流不斷堆積形成的。此種火山的熔岩黏滯性較高，通常為安山岩質。因其優美對稱的外型，多成為觀光勝地。許多著名的山都屬此類，例如：日本的富士山、台灣的七星山、菲律賓的馬榮火山、義大利的維蘇威火山、Stromboli火山等。

盾狀火山（Shield Volcano）具有寬廣緩和的斜坡，整體看來就像是一個盾牌。此種火山通常由玄武岩岩漿構成，流動性高，故能夠分布在很大的區域，才能形成寬廣的山形。最著名的例子是夏威夷群島，這個群島的每個島嶼都是一座巨大的盾狀火山。

火山穹丘（lava dome，或稱為熔岩穹丘），常見於火山口內或火山的側翼，是一種圓頂狀的突起，看起來類似某些植物的球根。火山穹丘是由高黏度的熔岩形成的，由於其黏度太高，不能從火山口遠流，在火山口上及其附近冷卻凝固。火山穹丘會成長，這是由於地底岩漿庫的空間不足以容納所有岩漿，導致部分岩漿擠入穹丘下方。如果成長中的穹丘是位於陡峭的山坡上，其成長有可能導致重心的不穩定，最後導致山崩或火山碎屑流。

火山渣錐（Cinder cone）是指由火成岩屑或火山渣（火山的噴出物質）在火山口周圍堆積而成的山丘。大多數的火山渣錐都很耐侵蝕，因為落到錐上的降雨滲入到高滲水性的火山渣裡，較少對它們的表面進行侵蝕作用。由於火山碎屑物膠結鬆散，故無法形成較高的堆積，通常都小於500公尺。

破火山口（Caldera）：破火山口通常是由於火山錐頂部（或一群火山錐）因失去地下熔岩的支撐崩塌形成。外形為碗形的凹地，其直徑為數百公尺至數公里不等。著名的例子是美國黃石國家公園的黃石複式破火山口。其英文名的語源為西班牙文Caldera，意指罐子或大鍋子。

低平火山口（maar）：是由岩漿和水相互作用發生爆炸而形成。在地表下形成了深切到圍岩的圓形火山口，並被一個低矮的碎屑環包圍。常常會積水而形成火山湖。其語源為拉丁文的mare，即「海」。

熔岩台地：或稱熔岩高原，通常是由高流動性的岩漿由一大群裂縫中滲透形成。

熔岩平原：火山噴發的區域若整體地勢平坦即稱之。成因與熔岩台地相似。

火山溝：由於地下岩漿空虛，引起上方地塊向下發生斷層作用形成寬溝。

火山噴發是指：火山從地面下經由一個通道，將氣體、碎屑或岩漿噴出地表的過程。通常包括三個階段：岩漿形成及初步上升、進入岩漿庫（岩漿的儲存處）及噴發。

一些火山學家認為一座火山的噴發可以分為：1.噴發脈波：一次持續數秒至數分鐘的噴發。2.噴發階段：一次強烈的噴發脈波又引起了數次的噴發脈波。3.一次噴發：由數個噴發階段組成，持續時間由數天到數年不等。而史密森學會（The Smithsonian Institute）的另一種分法，是以每兩次噴發之間的靜止期間來界定一次完整的噴發。兩次噴發之間的間隔若超過三個月，那這兩次噴發就分屬於兩次不同的噴發。

火山噴發的型態，受到噴出岩漿的流動性及揮發成分的量影響，有著很大的不同。揮發成分的量會影響岩漿的噴發力道。揮發成分越多，火山灰及熔岩就會被噴得越高，也就是會形成較大的爆發。岩漿流動性的指標，岩漿黏度主要是由岩漿中二氧化矽（SiO2）的含量（從50%到70%）與溫度的高低來決定。二氧化矽越多或溫度越低，岩漿就越黏，流動性也越低。另外噴出物的量越多，速度越快，被影響的區域也會跟著加大。

岩漿流動性高而揮發性成分少：熔岩流不斷流出，但不太會發生爆炸。例：夏威夷的冒納羅亞火山。

岩漿流動性高且揮發性成分多：熔岩流以極高的角度噴出，有如噴泉一般。例：日本的三原山（伊豆大島）。

岩漿流動性低且揮發性成分少：沒有爆炸，熔岩流無法流得太遠而堆積形成火山穹丘（或稱熔岩穹丘）。例：日本的昭和新山。

岩漿流動性低而揮發性成分多：爆炸性的噴發。

舉例來說，玄武岩岩漿含二氧化矽成分少，揮發成分也相對少且溫度高、黏度小。因此玄武岩岩漿流動性大，其噴發相對較寧靜，多爲岩漿的溢出，形成大面積的熔岩臺地和盾形火山。而流紋岩和安山岩岩漿富含二氧化矽和揮發成分，其流動性差，因此火山噴發猛烈，爆炸聲巨大，有大量的火山灰、火山彈噴出，常形成高大的火山渣錐，並伴有火山碎屑流和熾熱火山雲，往往造成重災。

依照岩漿成分的不同，可以簡單分為兩種不同的噴發方式。寧靜式噴發：由於黏滯性小，氣體易散失，故不易爆發，而以溢流方式噴發。例如著名的夏威夷火山。爆裂式噴發：黏滯性大，流動不易，內部氣體無法獲得有效的散失，致使壓力增大。當到達無法負荷時，便會以「爆炸」方式噴發。例如義大利維蘇威火山。

岩漿上升通道的特性可以將火山分為：1.裂隙式噴發：岩漿沿地表裂縫處溢流。廣大的裂縫噴發會形成大片熔岩高原，稱之為洪流玄武岩或高原玄武岩。例如：印度的德干高原。2.中心式噴發：岩漿以火山口為中心向四周噴發，在壓力的作用下，會形成猛烈的噴發。3.區域式噴發：一個區域中有大量火山噴發，形成大量的火山聚集。例如：中國的長白山，總共有164座火山分布在1000平方公里的範圍內。4.融透式噴發：由於岩漿的高溫，把岩漿庫頂部的岩層熔化，使大量岩漿溢出地面。有時岩漿上升停留在淺處，沒能熔化頂部岩層，而就地冷凝固結下來，使地面隆起成丘狀，稱爲潛火山或地下火山，也叫次火山。目前這種火山已經不存在。

火山噴發的地點，也對噴發的型態有所影響。特別是當水存在時，會有劇烈的變化。1.在深海中：水壓極大，無法產生爆炸，而且熔岩急速被海水冷卻，形成枕狀熔岩是其特徵。2.在淺海、湖泊、河川中，或是爆發過程中混合了地下水：猛烈的爆炸，稱為水火山式噴發（hydrovolcanic eruption）或蒸汽噴發。3.在冰河下：與在深海中的結果相同，但若噴發使冰河融化，可能伴隨大規模的洪水。

火山的噴發類型是幫火山分類的其中一種方式，這會影響火山的形狀。1908年，阿爾弗萊德·拉克魯瓦（Alfred Lacroix）將火山的噴發分為四種類型：夏威夷式（Hawaiian）、史沖包連式（Strombolian）、伏爾坎寧式（Vulcanian）及培雷式（Peléan）。而後學者又增加兩類：冰島式（Icelandic，或稱蘇特塞式）及普林尼式（Plinian）。以上6種噴發形式為現今之分類方式，這些分類皆以其代表火山命名。但這仍不是最完善的分類方式，實際調查顯示，一座火山即使以某一種類型為主，並不代表它不會出現其他種類的噴發。

夏威夷式的噴發：此類火山的噴發物為大量基性熔岩流，岩漿黏度小，流動性大，故爆裂較少。熔岩通常從火山口和山腰裂隙溢出，氣體釋放量不定。由於噴發時岩漿受到壓力作用，到達地表時會形成熔岩噴泉。夏威夷式噴發通常會形成火紅的「熔岩河」，熔岩往往是多次溢流，而且有許多裂隙作爲通道。最後通常形成平坦的熔岩穹丘。

1942年夏威夷的冒納羅亞火山（Mauna Loa）的爆發為此種火山之範例。該種火山的噴發，可大略分為三個階段：1.熔岩噴出期：第一階段，共持續數小時，熔岩流堆積形成薄層的熔岩流或低丘。2.熔岩漫流期：火山口中仍陸續有熔岩流出，使熔岩層及低丘繼續加厚。3.噴氣期：只有氣體出現，數量亦銳減。火山噴發已接近尾聲。這種類型的噴發基本上不會有人員傷亡，但會造成農田村莊的損壞及財産損失。

伏爾坎寧式的噴發是以義大利的伏爾坎寧火山為範本。這種形式的火山噴發出的熔岩，較史沖包連式火山的熔岩黏度更大，噴發更爲猛烈。不噴發時，熔岩在岩漿庫的出口處堆積，形成厚重的凝結外殼，氣體會在其下聚集。當氣體的壓力增大到某個極限時，會發生猛烈的爆炸（有時足以摧毀一部分火山錐）。這個爆炸使阻塞物被炸開，一些碎片和熔岩組成的火山彈和火山渣會被噴出。同時會伴隨含火山灰的「花椰菜狀」噴發雲，這種烏雲在黑夜中非常黑暗。當火山口的「阻塞物」都被噴出後，就會有熔岩流從火山口或火山錐側緣的裂隙中湧出。

培雷式噴發的範本是西印度群島馬丁尼克島的培雷火山，在1902年的噴發。培雷式噴發的岩漿黏度很高，爆炸特別強烈。明顯的特徵為熾熱的火山碎屑流，一種溫度非常高的氣體，夾雜大量的碎屑及岩石，沿著山坡向下移動，產生類似颱風的破壞。在培雷式噴發中，欲向上逸散的氣體經常被火山口中的熔岩堵住，使壓力逐漸增大，最後產生爆炸。熔岩被火山灰含量很高的氣體推動而向外流出，但除了從火口中流出粘稠的熔岩外，其他地方沒有熔岩流出的現象。

普林尼式噴發是目前已知最猛烈的噴發型態。儘管與培雷式噴發有些類似，但它們是不同的。普林尼式噴發有兩個最主要的特徵，一是非常強烈的氣體噴發(產生數十公里高的煙柱)，二是噴發會伴隨大量浮石的生成。普林尼式噴發的岩漿黏度非常高，火山碎屑物通常占總噴出物的90%以上。噴出物以浮石、火山灰為主，分佈區域廣大。噴發煙柱因重力牽引下降時形成大規模的火山碎屑流。僅噴出極少量的熔岩。由於爆發強烈及物質大量拋出，常形成錐頂崩塌的破火山口。「普林尼式噴發」這個名字是為了紀念古羅馬的老普林尼。此種噴發的範本是西元79年維蘇威火山的爆發，這次爆發使龐貝被埋在平均7公尺厚的浮石層之下。1980年5月18日美國聖海倫火山的爆發也是普林尼式。

冰島式噴發的火山通常是位於淺海中的火山。其玄武岩岩漿與海水接觸，產生水蒸氣爆炸，散佈大量火山灰。冰島式噴發可歸類為水火山式噴發的一種。

    

                                       ~火山穹丘~