从石龙岩和粟雨说起:火山喷发物

地下的岩浆沿地壳中的裂隙喷出地表,形成火山。 在火山喷发之时,各个火山都有不同的特点。 有的火山,只见到团团浓烟从那圆锥形的山顶滚滚涌出;有的喷发非常频繁,但异常温和,无爆炸之势,只见熔岩宁静如泉涌;有的则相反,爆炸猛烈,一次喷发会把高耸入云的锥状山体炸得不翼而飞;有的火山只喷出浓烈令人窒息的气体;有的却喷出厚厚的雨灰,覆盖了山峦、村庄、道路与溪流;有的只见滚滚赤热的熔岩流沿着斜坡,蜿蜒曲折一泻数十里;有的只见高热岩浆从火山口喷出后,熔浆中夹杂有大量的气体,以极高的速度沿着山坡往下倾泻,由于岩浆细粉和上升气体的混合,形成漩涡,犹似云霭从天而降,这是最险的“发光云”,如同大炮发射一样猛烈,荡涤着大地的一切。 此外,在火山旁边还常常伴有高温的喷气孔、硫质气孔和高温沸泉等。

关于火山喷出的雨灰,或称雨豆,或称雨粟,我们祖先则记载不少。 自公元前192年(汉惠帝三年)以来,至1883年(清光绪九年),共有66次。 其中自1371年以来,明朝记载了15次,清朝34次,明清以前只记载了15次。 历史愈久,记载愈少,因此这些记载肯定是不完全的,特别是当雨粟落在穷乡僻壤,就更加没有记载的可能。 从记载中看出,雨粟颗粒大小,变化很大,大如豆粒,小似芝麻,最大如掌。 颜色各不相同,以红、黑为主,五色相间。 有的坚如铁,通心皆黑,有的有孔中通,有的呈黄泥丸子,中有硫磺气。 从雨粟记载的特性看,它们很可能是火山喷出的细粒碎屑物。

在火山喷发的过程中,所抛出的火山碎屑物的数量十分惊人。 有的不具固定的形态,有的呈现一定的形状。 不具固定形态的碎屑喷出物,可以根据其大小粗细分为三类:大于鸡蛋(或>32毫米)的可称作火山岩块,它们因为颗粒粗,抛不远,一般只留在火山附近;小于鸡蛋并大于黄豆(4~32毫米)的,叫做火山砾;如果小于黄豆(即小于4毫米)就是火山灰,俗称雨粟或雨豆。 因为它们颗粒小,重量轻,可以随风漂流到天涯海角。 因此,中国大陆发现的雨粟就不一定是大陆本身的火山喷发的产物,很可能是大陆邻近的火山区(如日本、菲律宾或印度尼西亚)的火山活动喷出的火山灰被气流带过来的。 如印度尼西亚的爪哇岛和苏门答腊岛之间的喀拉喀托火山,1883年发生了大爆炸。 整个火山锥有一半都被炸飞了,所喷出的火山碎屑物体积为18立方千米,火山灰洒遍全球南北纬40°之间的地区。 当年湖北咸宁的“雨红麦”是否就是从印度尼西亚飞来的火山灰呢?如果是的话,为什么它不落在别处,单落在咸宁,这就完全是受大气环流的控制。

当流动性的岩浆从火山喷出,被抛向空中,并在空中固结,保持原来的流动状态,这种碎屑物可以叫做火山弹。 火山弹在空中固结时,可以形成球形、椭圆形、拉长的纺锤形、长条状。 许多火山弹由于骤冷,表皮呈致密的玻璃质,内部则多气孔。 火山弹是火山口内的岩熔的最表皮被抛向空中而形成的,如果喷发力特别强,岩浆就会被切成许多片段,难以形成火山弹,所以火山弹常常只是出现在火山口附近,如腾冲马鞍山、老龟坡以及山西大同等火山,所发现的火山弹都是在火山口内发现的。 如果岩浆被抛向空中,由于重力的作用,未固结的火山弹掉到地面上,相互冲撞,可形成扁平的熔岩饼。 火山弹和熔岩饼的大小非常悬殊,大者直径达数米,小的略大于豆粒。 如果比豆粒还小,就可以叫做火山毛或火山滴。

如果岩浆被抛到空中,有时刚喷出地表,由于压力急剧减小,使得岩浆中的气体大量而迅速地逃逸,在岩石中保留下大量气孔,形成浮石,民间俗语称:蜂窝石、江沫石、浮石等。 《长白征存录》曾有这样的记载:天池“水面有浮石,形如肺,名海肺石。 ”徐霞客于1639年4月21日游腾冲打鹰山时,曾记录打鹰山顶的浮岩“山顶之石,色赭赤而质轻浮,状如蜂房,如浮沫结成者,虽大至合抱,而二指可携,然其质仍坚,真劫灰之余也”。

火山活动中最普通的产物是熔岩。 据统计,世界上的火山一次喷发时喷出的熔岩可达43立方千米。 如冰岛一次史前火山就曾喷出过如此多的熔岩。 五大连池地区的老黑山和火烧山所流出的熔岩,各自向外流散。 如在火烧山的西侧和南侧,熔岩互相叠覆,汇成一片,形成长达10多千米的狭长岩流,蜿蜒曲折,时起时伏,宛如黑色的巨龙,匍匐于地,长期以来人们形象地称它为“石龙岩”。

熔岩既可以从火山顶的火山口流出,也可以从火山侧翼流出;它可以从狭窄的缝隙中流出,也可以从数百米长的乃至20~30千米长的大裂隙中流出。 流出的熔岩的温度各地不同,或随岩性而变化,如果是玄武岩类,可达1 200℃;如果是安山岩类,可达950℃。 而且玄武岩类的黏度低,流得远。

熔岩流出地表后,由于压力减小和温度降低,在岩浆中含有的气体将逃逸到空中。 因此,在固结的熔岩层的表面,可以留下许多气孔,而往熔岩层的内部,气孔逐渐减少。 气孔形状各不相同,有的呈长笛管状,有的呈蜂房状,有的呈黄豆状。 在熔岩层的下部常有美丽的柱状节理。

根据熔岩的形态和构造,可以将它们分为两种:结壳熔岩和渣块熔岩。 结壳熔岩的外表总体看起来比较平坦、光滑,是由于熔岩流的表层没有受到显著的破碎就冷凝而成的。 最先冷凝的外壳,一般厚20~30厘米,下部仍保持塑性,因而仍可发生塑性变形。 在变形时,表壳受到推挤、拖拉、扭动或膨胀,因而遗留下奇形怪状的外形,反映出不同流动状态的表壳结构。 其中,最引人注目的是绳状熔岩(图2—2)。 绳束的直径达30~60厘米,单绳直径为5~8厘米。 其次是波状熔岩,其波高可达20~100厘米;另外,尚有各种各样的平行褶皱构造。 渣块熔岩的表面极为粗糙,它好像是由带刺的焦炭状碎片所组成。 五大连池老黑山的渣块熔岩被当地人称为翻花石,其表面坎坷不平,远远望去,好像杂乱无章的石海(图2—3)。 熔岩流在向前蠕动过程中,先固结的表层发生破裂而形成碎块,在下伏未固结熔岩的驮载下继续流动,再次破碎、翻滚、黏结,形成了翻花熔岩。 流动着的翻花熔岩的前锋,由于地面的摩擦而受阻,下部流速慢,上部流速快,前锋上部的渣块向下垮落,又被熔岩流压在下面,形成底部渣块层。 在五大连池,有些地区底部渣块层垮落,又被熔岩流压在下面,形成底部渣块层。 在五大连池,有些地区底部渣块层厚20厘米,中部块状熔岩层厚70厘米,上部渣块层厚40~70厘米。 如果人们想在渣块熔岩上行走,将会极度困难。

火山喷发时除了喷出熔岩和火山碎屑物等固体物质外,还喷出大量的气体。 看那高耸入云的“蘑菇状”火山烟云,大都是气体组成。 而喷出的熔岩中有着大量的气孔,也表明它们在喷出时有大量气体存在。 有人注意到在1938年苏联的克留契夫火山喷发时,每喷出一立方米固体物质,就喷出75~1 000立方米的气体。 固体与气体的比例可达1:500,气体之中一半是水蒸气。

有人研究过世界上七座大火山喷发时喷出的气体,它们是1926年喷发的夏威夷冒钠罗亚火山、1959年喷发的非洲尼拉贡戈火山、1964~1967年间喷发的冰岛肖尔特谢火山、1902年喷发的马梯尼岛蒙彼列火山、1915年喷发的美国拉辛皮克火山、1929年喷发的尼瓦弗岛火山和1955年喷发的日本雾岛火山。 在喷出的气体中,所含水分的体积比为43%~94%,平均为73%;其次是CO2,体积比为2%~46%,平均为20%;其余7%为SO2、H2S、CO、H2和N2。 氢气和硫磺是可燃物质,它们会使喷出到地表的熔岩温度升高。 而CO2、SO2和CO都是能令人窒息的气体。 在一些火山活动晚期的低温放气现象中,CO2最为常见,它们可以在一些低洼地方汇聚起来,鸟儿飞到那里就会窒息死亡。 腾冲地区的扯雀塘就是一个例子。 在新西兰、日本和印度尼西亚均能见到。 日本称为“鸟地狱”;在爪哇,一个死火山口内浓烈的CO2气体,使掉进去的老虎也会很快地倒毙。

火山喷出物中的水来自何处呢?有人认为是岩浆从好几千米深的含水层中捕获来的;有人主张是原生的岩浆水。 总之,这还是一个有争议的问题。 有人计算过,地球存在45亿年来,火山抛出的固体物质总量为全部岩石圈的一半,火山抛出的水为现代全球大洋水的一半,另一半水则是从深部岩浆释放出来的。 有人用实验证明,15千巴压力、约1 000℃的岩浆可溶解30%的水;压力降低时,水分发生分离,岩浆发生沸腾。

岩浆中所含有的水和其他气体,当它们从地球内喷到地表后,都逃逸到了空中,剩下来的则是火山喷出的硅酸矿物构成的火山岩。

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