火山

火山是地表下在岩漿庫中的高溫岩漿及其有關的氣體、碎屑從行星的地殼中噴出而形成的，具有特殊形態的地質結構。岩石圈由若干板塊組成，它們漂浮在地幔的軟流層之上，在板塊的交界處岩石圈比較破碎，地下岩漿容易在此噴發形成火山。 火山可以分為死火山、休眠火山和活火山。在一段時間內，沒有出現噴發事件的活火山叫做睡火山。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型別。火山爆發可能會造成許多危害，常伴有地震，影響範圍不僅在火山爆發附近。其中一個危險是火山灰可能對飛機構成威脅，特別是那些噴氣發動機，其中灰塵顆粒可以在高溫下熔化; 熔化的顆粒隨後粘附到渦輪機葉片並改變它們的形狀，從而中斷渦輪發動機的操作。大型爆發可能會影響氣溫，火山灰和硫酸液滴遮擋太陽輻射並冷卻地球的低層大氣變暖。 歷史上，火山冬天造成了災難性的饑荒。雖然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；作為觀光旅遊考察景點，推動旅遊業，如日本的富士山。專門研究火山活動的學科稱為火山學。火山的成因及分佈.聚合板塊邊緣.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，稱作俯衝，而發生俯衝的帶狀地區稱為俯衝帶或聚合性板塊交界。地底的高溫會將隱沒的板塊熔融，形成巖漿。巖漿藉由浮力緩緩上升，最後聚整合為巖漿庫，就是火山底部儲存巖漿的場所。而當巖漿中的氣體壓力累積達到一個程度，火山就爆發了。例如：埃特納火山，與在環太平洋火山帶地區的火山。分離板塊邊緣.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。當中洋脊在海平面以上時，形成火山島; 例如冰島。熱點.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，例如加拉帕戈斯群島就出現此情況。火山的分佈.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。主要的火山帶包括：火山的構造.火山錐指火山噴出物在巖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、、火山渣錐稱做火山口。巖漿噴出地表的通道，稱為火山喉管，而一旦該通道為冷凝的巖漿阻塞，稱火山頸 。火山的外形及地形.層狀火山.層狀火山，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。大多數成層火山都是獨立山峰。許多著名的山都屬此類，例如：日本的富士山以及御嶽山、臺灣的七星山、菲律賓的馬榮火山、美國的聖海倫火山、義大利的維蘇威火山、斯特龍博利火山等。盾狀火山.盾狀火山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巖漿構成，流動性高，故能夠分佈在很大的區域，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。而位於非洲大裂谷的爾塔阿雷火山也是盾狀火山，其火山口與夏威夷的基拉韋厄峰一樣擁有十分罕見而長期活動的熔岩湖。火山穹丘.火山穹丘1980年聖海倫火山爆發時歸納於火山穹丘這類側鋒噴發。火山渣錐.火山渣錐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。較著名的火山渣錐為墨西哥的帕裡庫廷火山，它是世界上最年輕的火山。火山的爆發.火山爆發及噴發。火山噴發的長短.一些火山學家認為，一座火山的噴發可以分為：而史密森學會的另一種分法，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。影響的因素.巖漿的成分及流動性.火山噴發的型態，受到噴出巖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巖漿的噴發力道。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。巖漿流動性的指標，巖漿黏度主要是由巖漿中二氧化矽與溫度的高低來決定。二氧化矽越多或溫度越低，巖漿就越黏，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。舉例來說，玄武岩巖漿含二氧化矽成分少，揮發成分也相對少且溫度高、黏度小。因此玄武岩巖漿流動性大，其噴發相對較寧靜，多為巖漿的溢位，形成大面積的熔岩臺地和盾形火山。而流紋巖和安山岩巖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。依照巖漿成分的不同，可以簡單分為兩種不同的噴發方式。巖漿上升通道的特性.依此性質，可以將火山分為：噴發的地點.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。噴發的型別.火山的噴發型別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。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型別為主，並不代表它不會出現其他種類的噴發。夏威夷式(Hawaiian).此類火山的噴發物為大量基性熔岩流，巖漿黏度小，流動性大，故爆裂較少。熔岩通常從火山口和山腰裂隙溢位，氣體釋放量不定。由於噴發時巖漿受到壓力作用，到達地表時會形成熔岩噴泉。斯特龍博利式(Strombolian).斯特龍博利式的噴發是以義大利的斯特龍博利火山為範本。其噴發特徵為熾熱的熔岩「噴泉」，其熔岩的黏性比夏威夷式要大，噴發時通常伴隨著白色蒸氣雲。熔岩流厚而短，組成為玄武岩與安山岩。此種火山不斷噴出紅熱的火山渣、火山礫和火山彈，爆炸較為溫和。大部分的火山碎屑又落回火口，再次被噴出，其他的落到火山錐形成的坡上並滾下山坡。伏爾坎寧式.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，較斯特龍博利式火山的熔岩黏度更大，噴發更為猛烈。不噴發時，熔岩在巖漿庫的出口處堆積，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。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.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。培雷式噴發的巖漿黏度很高，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(Plinian).普林尼式火山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 ，第二是--噴發會伴隨大量浮石的生成。普林尼式噴發的巖漿黏度非常高，火山碎屑物通常佔總噴出物的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丟擲，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。同型別還有喀拉喀托火山，它在1883年時爆發令人類開始記錄這個毀滅一切及引發海嘯的火山，其爆炸威力相當廣島投下原子彈的12000倍，其爆炸遠至毛裡裘斯也能夠聽到，爆發後整座山幾乎被震毀。它亦令世界氣候轉變。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.冰島為著名火山島，有著烈隙式噴發為主的特殊形式噴發，當高溫玄武岩巖漿與海水接觸，會產生水蒸氣爆炸並散佈大量火山灰。此噴發形態通常位於淺海或陸上的烈隙縫流出巖漿，因此被歸類於水火山的一種。同類火山群有臺灣澎湖列島以及夏威夷的冒納羅亞火山。其他噴發型式.）：巖漿沿一個巨大的裂隙或裂隙群上升，噴出地表。巖漿以玄武岩為主，通常形成熔岩高原。因為玄武岩巖漿之流動性大，且熔岩噴出量大，少有爆發的情況。此種噴發在地形平坦處看似洪水泛濫，到處流溢、分佈面積廣，因而得名。）：巨型火山幾乎無巖漿的爆炸性噴發，火山碎屑佔總噴出物的75%至100%。通常形成巨大的破火山口。此種噴發產生的大量碎屑物質可能影響全球的氣候變遷，會造成大量財物損失及傷亡。例如：黃石國家公園的破火山口即是一例。）：噴出物只有氣體，完全不含其他物質。目前已知會進行氣體噴發的只有非洲的三個湖泊，1986年喀麥隆尼奧斯湖的噴發是一個典型的例子。火山碎屑.火山碎屑在冷凝膠結後，亦可形成岩石。由火山塵和火山灰聚集形成的岩石為凝灰岩，若是兼具大小碎屑所組成之岩石，則稱為。火山的活躍程度.火山的活躍程度可以大致分為三種：活火山。火山學家目前對如何界定以上三種火山尚無結論。因為火山的活躍週期非常不固定，短至數天，長至數百萬年。而且有些火山只有非爆發性的活動，例如地震、氣體溢散等。後火山作用.火山活動終止之後，地底下仍然有殘留的熱能。這些餘熱加熱地底下殘留的氣體，使地底下累積之蒸氣壓力增大。最後在某些特定地點，如火山口或斷層附近爆破地面而出，造成爆裂口。例如臺灣陽明山國家公園的小油坑即是一個爆裂口。在爆裂口內常有噴氣孔、硫氣孔和溫泉的存在。氣體及受熱地下水也有可能沿著斷層裂隙衝出地表，直接形成噴氣孔或溫泉。這些現象稱為後火山作用。而噴出的含硫氣體因溫度驟降可直接凝華成自然硫，例如臺北大屯火山群與基隆外海龜山島的自然硫。火山災害.火山造成的災害是產生了泥流堆積類似一般人所熟悉的土石流，是火山物質混雜大量的水所形成，其成因很多，主要可歸納為二種：火山泥流堆積如土石流，不僅能淹沒廣大的區域，同時也能沖垮任何建物，如1985年哥倫比亞內瓦多·德·魯伊斯火山和菲律賓皮納圖博火山的噴發，前者因噴發所引起的火山泥流，把整個河谷和城鎮淹沒，造成近2500人死亡；後者則是火山噴發後，所堆積的未固結火山灰受到豪雨的沖刷侵蝕，引發了火山泥流堆積，雖事前有所防患，未造成人員傷亡，但仍然淹沒及沖毀廣大區域，造成重大的財產損失。火山噴發和人類的活動息息相關。火山作用具有毀滅性的破壞力，不僅造成人類財產的損失，更會危及人類與大自然動、植物的生命；如79年義大利維蘇威火山爆發，大量的火山灰覆蓋了鄰近的龐貝城，導致龐貝城不到一分鐘在歷史上絕跡，火山泥流則淹沒了赫庫蘭尼姆城。到17世紀龐貝城才被世人發現，而且城中居民的屍體大部份也是儲存得很完整。又如1991年的日本雲仙火山的爆發，造成數千名居民無家可歸，以及奪走了35條人命；皮納圖博火山的爆發，使得美國不得不放棄在西太平洋最大的海、空軍基地——克拉克空軍基地與蘇比克灣海軍基地等；1902年，馬提尼克的培雷火山爆發，使得這個法國的殖民地，一度無法回復之前的繁榮。1815年印尼坦博拉火山爆發的影響，北半球天氣出現的嚴重反常。歐洲、北美洲及亞洲都出現災情，夏天出現罕見低溫；歐洲及美洲農業生產受影響尤甚；亞洲氣候亦受影響，中國雲南因而出現飢荒。2010年埃亞菲亞德拉火山爆發造成了歐洲航空旅行的重大中斷。火山監測.故此，目前火山活躍的地區，皆設有火山觀測站，如最古老的1845年維蘇威火山觀測站、美國黃石火山觀測站、臺灣大屯火山觀測站等等。以盡早發出預警，幫助居民撤離，保障人民生命財產安全。監測方式包括，地震監測、火山氣體監測、地殼變形監測(水平儀測量)等。各觀測所皆有工作人員駐守，包括冰島火山監測人員在世界盃期間仍然在看守火山。火山的益處.火山的益處舉凡火山地質、火山地形及後火山作用的地熱和溫泉，肥沃火山土壤，都帶給人們相當多的益處。火山作用對人類並非完全有害無益。例如巖漿只要能留在地表下，就是很好的地熱火山附近常有溫泉或熱泉，這就是因為巖漿散發出的熱度使地下水變熱而形成的。這種熱源我們稱為地熱，規模大的可形成「地熱田」。火山作用的另一個好處是為地球製造陸地。地球表面大約有71%被海水所覆蓋，海底火山經年累月不斷地冒出巖漿，冷凝成岩石，如此長期堆積，直到有一天岩石高出水面形成島嶼。夏威夷群島與冰島就是這麼形成的，至今，島上還有活動火山不時噴出巖漿。此外，火山爆發所形成的火山灰雲層會在爆發後一段時間內影響該區阻擋太陽光，該區的平均溫度亦因此下降，科學家認為火山爆發是地球天然的氣候調整機制。重要火山.現在的科學發現表明，在許多行星和衛星上都有火山。在太陽系中現在有確實證據證明仍有火山活動的是地球和木星的衛星埃歐。地球上的火山活動平均每年大約有50多次。但是其中大部分都是在海底和人跡罕至的群山中，因此對人類產生影響的火山活動感覺上很少。地球火山.16個被選為「十年火山」  觀測計劃的主要火山是：大塔穆火山，位於日本東部1000英里的太平洋海底，佔地面積12萬平方英里，也是迄今為止已知的太陽系中最大的火山之一。面積堪比美國新墨西哥州。大約1.45億年前形成，在其形成的幾百萬年後成為不活躍火山。太陽系中其他的火山.月球沒有火山活動，但仍具有許多曾有火山活動的特徵，諸如月海、月谷及拱丘等。金星的表面有90%是玄武岩，地表地形有80%為火山地形，表示在金星表面形成的過程中，火山扮演了非常重要的角色。金星可能在5億年前有過全星球的表面再造運動，科學家發現的證據包括表面隕石坑的密度等。熔岩流在金星可說是非常普遍，而且各種不在地球上出現的火山作用也在金星上出現。金星大氣層組成的變化及閃電的發生，被認為是因進行中的火山噴發而造成。但目前沒有任何的確切證據能說明金星的火山是否仍然活躍。觀測發現，火星上有一些死火山，包括四座巨大的盾狀火山，比地球上任何一座山都來的巨大。這些山包括了：阿爾西亞山、艾斯克雷爾斯山、赫克提斯山、奧林帕斯火山及帕弗尼斯山。美國太空總署、歐洲太空總署及義大利太空總署合作發射了火星探測太空船，『火星快車號』號。這個計劃的主要目標是要尋找地下水源和合適登陸的地點，並研究火星的大氣層、行星結構和地質構造。這個計劃發現了一些證據，顯示奧林帕斯火山可能尚未完全熄滅。這可能推翻「這些火山早在數百萬年前就已成為死火山」的說法。木星的衛星埃歐是太陽系中火山活動最劇烈的星體，原因是來自它與木星、木衛二及木衛三的潮汐力作用，這個力量使木衛一扭動、彎曲，幅度約100公尺，並在這個過程中產生能量。埃歐的火山會噴出硫磺、二氧化硫及矽酸鹽岩石，使得整個衛星的地貌完全改變。埃歐的表面有大量的破火山口、硫湖、連綿不絕的火山山脈。埃歐的火山所噴出的巖漿是目前已知最熱的，溫度約為1800 K發生反應，形成了木衛一大氣獨特的組成成份：鈉的氯化物、鉀的氯化物及鎂和鐵的二氯化物。木星的另一顆衛星，歐羅巴，是類木行星的衛星上最常見的火山噴發形式。冰火山的噴出物可能由水、冰、液態氮及液態甲烷組成。1998年，航海家二號太空船發現了海王星其中一個衛星，崔頓上的上的冰火山。在2005年，卡西尼-惠更斯號的探測器拍攝到了土星的其中一顆衛星，土衛二上的水蒸氣噴發。卡西尼-惠更斯號也發現了土衛六上一座冰火山噴出液態甲烷的證據。這被認為是造成土衛六大氣層中高甲烷含量的原因。科學家推論，古柏帶天體中的小行星50000可能也有冰火山活動的存在。火山學.火山學是一門研究火山、熔岩、巖漿及相關地質現象的學問，研究的人稱為火山學家。18世紀的蘇格蘭人是知名的早期火山學家，他喜歡實際觀察火山爆發現象，不願像當時很多「安樂椅上的科學家」一樣，只是自己創造理論。同是18世紀的法國地質學家是現代火山學的創始人之一，他的科學論著非常重要。火山學家常常要實地造訪火山來觀察火山噴發，採集噴發的產物，例如火山噴發碎屑、岩石及熔岩樣本。另外一個研究的重心是預測火山的噴發。目前並沒有準確的方法可以預測火山的噴發，但是預測火山的噴發如同預測地震一樣可以拯救許多生命。科學家中最危險的行業之一就是火山學家，因為突如其來的火山噴發隨時可能在研究活火山時發生。神話與傳說.對於古希臘人來說，火山爆發是由泰坦造成的。 泰坦巨人與奧林匹斯諸神戰鬥，在可怕的戰鬥中他們震撼了地球。發動戰爭的泰坦巨人“提豐”(古希臘語Τυφῶν），塔爾塔羅斯和蓋亞的兒子，為了懲罰他的無禮，諸神將他囚禁在埃特納火山下面。 但是他並沒有放棄。 他的尖叫聲和哭聲在幾英里外都聽得到，他在憤怒中搖動著大地，白熾的呼吸從火山口中冒出來。另一傳說中，火山隱藏了一個車間。 赫菲斯托斯，在地中海之下為神鍛造武器。 木星的閃電和阿喀琉斯的武器和盾牌。最後一個傳說描寫的則是獨眼巨人，其唯一的眼睛象徵著火山的嘴，而它們的身材和力量卻比群山高。 因此，從地中海火山噴出的是赫菲斯托斯和獨眼巨人的工作所引起的煙霧和火花。後來透過觀察和邏輯推論，古希臘人才想到了火山的真實本質，彼時控制著主要海上貿易的克里特島的繁榮文明在公元前1650年崩裂了。 猜想是由於聖托里尼島上的火山噴發，涉及首都克諾索斯。 從火山噴出的第一層浮石高出四米厚，隨後，火山爆炸自毀，並將聖托里尼島埋在約60米的浮石層下。 火山的殘留物最終沉入海中，但是地震後的海嘯造成了兩百米高的海浪，席捲了克里特島的沿海定居點。後來柏拉圖在他的作品《克里特里亞斯》中描述了這個故事，這很可能源於亞特蘭蒂斯的傳說。羅馬人隨後繼承了傳說和恐懼，首先取代了主人公的名字：提豐(Τυφῶν)被改為Encelade，赫菲斯托斯則被描寫成是羅馬的火神沃爾坎。甚至在後來透過基督教傳入羅馬的舊約聖經中，也發現了火山的痕跡。