圣海倫斯火山爆發

李念華

2004年10月，沉寂18年的圣海倫斯火山再次蘇醒，伴隨著隆隆的轟鳴聲，火山口的熔巖圓頂逐漸凸出，煙柱從白雪覆蓋的火山口升騰而起，高達數百米。原本美麗安詳的圣海倫斯火山變得嘈雜起來。這些變化令人們日益感到不安，它使人們想起了24年前圣海倫斯火山的那次大爆發：57人死亡，數百民居被毀，火山灰一直散播到400公里以外，圣海倫斯火山口也形成了現在的形狀。

1980年圣海倫斯火山爆發，造成地球有史以來最大的一次山崩。

圣海倫斯火山，坐落于美國華盛頓州西南部，距離俄勒岡州西北港口城市波特蘭僅90公里左右。它的外觀呈對稱的圓柱形，因此被地質學家稱為“成層火山”。

當地的印地安人一直形象地把圣海倫斯山稱為“冒著煙的大山”。直到1 792年，英國航海探險家范庫弗才正式將這座火山命名為“圣海倫斯山”，以紀念他的一個同鄉，時任英國駐西班牙大使的圣海倫斯男爵。最早在圣海倫斯山定居的只有少量印地安原住民和一些早期開拓者，他們零星地分布在山區，偶爾見到圣海倫斯火山爆發的景象。

20世紀中期以后，圣海倫斯火山活動日益頻繁。從1831年到1 857年這26年間它總是間歇地噴發，但卻從來沒有顯示可能摧毀人類生活家園的征兆。因此當地居民和游客已經習慣于把圣海倫斯山看作一處終年適宜戶外休閑的自然觀光地。這里有多種多樣的野生動物，火山山腳下還有風景宜人的斯普里特湖，湖中湖水清澈，湖邊則分布著繁茂的林木，特別適宜開展徒步穿行、垂釣、游泳及劃船等戶外休閑運動。

然而，1980年春天，圣海倫斯山區的寧靜突然被打破了：極短的時間內，火山從長期的休眠狀態下蘇醒，一時間地動山搖，火山再次顯示出它的威力。這時，定居于此的居民才意識到他們一直生活在一座活火山的中心，整個北美地區的居民也才認識到原來美國境內具有摧毀力的活火山不僅分布在阿拉斯加和夏威夷地區。

1980年3月20日凌晨3點47分，圣海倫斯山發生4.2級地震，這是繼3月16日若干小型地震后一次威力較大的地震，它標志著圣海倫斯火山從長達123年的休眠中蘇醒過來。隨后的一周時間里，地震活動更加頻繁，到3月25日正午達到頂峰。之后兩天內，地震活動的數量每天都達到新高，震級略小的地震活動有數百次之多，其中級別最大的一次地震甚至讓居住在火山周邊的居民也親身體驗到。在這期間科學家利用航拍監視設備觀察到由頻繁地震引起的小規模雪崩，但仍然沒有任何跡象表明火山會突然爆發。

3月27日晚12點36分，隨著一兩聲類似雷鳴的響聲，圣海倫斯火山開始爆發，大量的火山灰和蒸汽從火山口噴涌而出?；鹕接蓛榷獾膰姲l甚至直接把之前被冰雪覆蓋的火山口掀落，剩下一個直徑約80米的噴發口，這個火山口的周圍還出現了數條大小不一的裂縫。

到4月21日，圣海倫斯火山斷斷續續噴發出大量火山灰和蒸汽，每次爆發所持續時間從幾秒鐘到幾十分鐘不等。第一個噴發口位于火山西面，隨后它的附近又很快冒出了第二個直徑略大的噴發口，隨著火山活動的繼續，兩個噴發口逐漸擴大并最終合二為一?；鹕絿姲l引發的雪崩使震碎的雪塊和冰塊摻雜著深色的火山灰沿著山坡成股流下，看上去像給火山加上了條紋裝飾。從3月到4月，原先被皚皚白雪覆蓋的圣海倫斯山在經歷地震和雪崩的洗禮以及盛行東風的吹打后，變成了“雙色山”。

到1980年5月中旬，圣海倫斯山共遭受數百次地震的襲擊，其間還有大量火山灰和蒸汽從火山頂間或噴發，在大量巖漿物質的侵蝕下，原本被冰雪覆蓋的圓屋頂式山峰遭遇嚴重變形。

5月18日，似乎是一個吉祥的日子。然而圣海倫斯火山卻發生了最為劇烈的噴發，持續時間長達9小時，其猛烈程度更是相當于每秒鐘爆炸一顆原子彈。而這次火山爆發還引發了有史以來最大的一次山崩——落下的巖石和雜質總量足以填滿底面積相當于一個足球場、高達1 90米的巨型容器?；鹕降膰姲l促使火山北側形成一個外形類似古羅馬圓形競技場的新噴發口。這個新的噴發口寬度約為1500-3000米，從邊緣到最低點的深度約為3400米。

這次爆發是美國歷史上最具摧毀力的一次火山活動，也是地球有史以來發生的最大的一次山崩?；鹕奖l前，圣海倫斯火山的高度是2950米，爆發后，炸去了400米的山頂。由于火山爆發突然且迅猛，造成了嚴重的人員及財產損失，特別是山崩、橫向沖擊波和泥石流對當地居民的生產生活帶來了極大毀壞。據統計，這次噴發共導致57人死亡(其中包括火山學家約翰頓和幾名攝影師)，數百人受傷。據尸檢報告介紹，圣海倫斯火山活動的受害者大多是由于吸入火山灰最終窒息而死的，只有一小部分是死于燙傷或其他外傷。

5月18日的火山活動甚至改變了當地的地形。此外，生活在這里的野生動植物也受到重創。據統計，包括鹿、麋鹿和熊在內的大型動物種群，所有鳥類以及大多數小型哺乳動物都從重災區消失了。只有部分小動物，如嚙齒類穴居動物、火蜥蜴和青蛙等得以幸存。據分析，這很可能是因為它們活動于地下或水下，避開了災難的直接打擊。

自1980年5月以后，圣海倫斯山依然處于間歇式活動狀態，至今，它又經歷過幾十次噴發活動。現在，在火山口內又有新的圓丘慢慢隆起。地質學家認為，如果要恢復到大爆發前的原貌，至少需要200年的時間。

科學家根據現場照片和幸存者的描述重現災難瞬間。

1980年5月1 8日，一個晴朗無云的星期天。早上7點火山學家大衛·約翰頓剛在位于火山以北10公里左右的觀測點值完夜班，正利用無線電將先前激光測試結果發送給總部。從剛收集到的數據來看，圣海倫斯火山的活動情況跟一個月前相比并沒有太大變化。無論是火山監測數據、膨脹活動的頻率還是二氧化硫物質的排放量以及地表溫度等等，都沒有預兆顯示火山會在隨后一個半小時內猛烈爆發。然而，早上8點32分，地下1.6公里處爆發了一場5.1級的地震，隨后20秒內火山北面凸出部分全面塌陷。

在5月1 8日火山噴發的初期，人們根本搞不清楚發生了什么，更不能預料還會發生什么?；鹕降谋l像謎一樣難以解釋。究竟是火山噴發引發了5.1級的地震，還是地震活動引發了火山爆發，亦或二者相互關聯?直到若干天以后，科學家才能夠到達事發現場進行勘察，并結合目擊者的描述，最終理清了災難發生當時的詳細情況。

地質學家斯特菲爾夫婦當時正乘坐一架小型飛機從火山頂上空飛過。據他們后來的回憶，上午8點32分，他們從圣海倫斯山上飛過，快到山頂時，一切還很平靜，轉眼間，他們看到許多碎石塊和碎冰塊開始滾落到凹陷的火山口里，大約15秒后，整個火山的北面開始“起波浪并原地形成攪拌狀”。

斯特菲爾夫婦從空中目睹了整個北坡坍塌的，全過程，并拍攝下不少珍貴照片資料。而當時正在距離火山

東北面大約17公里參加戶外野營的加利先生則從地面拍攝了山崩的圖片。另一位參加野營的威廉先生也通過雙目望遠鏡看到：“整個北坡變得模糊不清，感覺像是大量塵土順勢滾落”，接著“整座山似乎從眼前消失了”。當時野營地的很多人都紛紛用自己的相機記錄下了他們所看到的種種狀況。

科學家在對野營地照片進行細致觀察后，發現僅在大概40秒的時間內包括火山噴發在內的各種災難接連出現。

8點27分，火山北面似乎沒有任何異常動靜。僅僅5分鐘后，8點32分11.4秒，5.1級地震將山頂整個掀落。

8點32分53.3秒，整個北坡混亂不堪，大量巖漿裸露出來，巖漿及氣體噴涌而出。這是圣海倫斯火山20世紀80年代以來的首次噴發。

8點32分47.0秒，第一批滑落的碎石已經落下約700米，第二批碎石也已經向下滑落約500米。北部山體開始塌陷，而據推測此前約26秒時山崩已經開始形成。這是有史以來地球上最大的一次山崩。

8點32分49.2秒，由于碎石運動，火山噴發同時在山頂豎直方向和側翼形成沖擊波。這是非常罕見的現象。

8點33分03.7秒，山體滑坡繼續進行?；鹕降膰姲l把整個山峰的圓頂“吞噬”。橫向掃過的氣流夾雜著大大小小的石塊作高速運動，迅速趕超了行進速度相對較慢的山崩。

8點33分18.8秒，山崩開始后不到1分鐘的時間，圣海倫斯火山的噴發達到峰值，一些向內落入噴發口的小石塊立即就被彈開，而側翼沖擊波的前鋒此時也完全超過了山崩震下的石塊。

噴發口的橫向沖擊波大約只持續了30秒左右，而向北的沖擊波則多持續了1分鐘，火山口方圓約26公里范圍的地區都受到影響。而隨后不到15分鐘的時間內，這些地區又再次遭受火山灰的襲擊，直到下午5點30分左右火山噴發活動終于偃旗息鼓，這場整整持續了9個小時的火山灰災害才逐漸開始消退。而真正等到塵埃落定已經是19日清晨。

正是這些第一時間拍攝的照片幫助科學家了解了災難發生的過程：5.1級地震引發圣海倫斯火山北坡失重塌陷，隨之形成山崩并激發火山口同時向縱橫兩個方向噴發。

在圣海倫斯火山不斷噴發的9個小時中，野營地的人們就像看到了地獄一樣。猛烈的噴發停止后，小規模的噴發又持續了4天。過了一周，又出現了一次大規模的噴發，接下來又是幾次小規模的噴發，最后，火山終于耗盡力量，安靜了下來。不過現在的圣海倫斯火山已經沒有了“腦袋”，一切都完全不同了?，F在地圖上標出的圣海倫斯山主峰高程是2550米。

火山劇烈噴發引發雪崩、沖擊波、火山灰流、熔巖流及泥石流等災害。

雪崩

火山的劇烈噴發首先引發了大規模的雪崩。地質學家斯特菲爾夫婦的描述再現了在瞬間所發生的雪崩狀況：斜坡沿線的巖石和冰屑都向內陷進了噴發口……大概15秒鐘之后整個噴發口北面開始同步移動……這種移動非常怪異，令人不寒而栗……整個噴口開始七拱八翹，逐漸形成攪拌形狀，隨后整個火山頂的北部開始沿下陷的斜面向北挪移。

能夠有幸看到山體的異常運動專他們感到十分興奮，他們不停地拍攝山體滑行的過程，但僅拍下幾張照片過后，一次巨大的火山噴發就把飛機震離了預定的航線。

橫向沖擊波

雪崩發生后的幾秒鐘內，火山爆發達到了高潮，整個火山北麓突然塌陷，之前郁積于整個火山系統中的壓力得以急速舒解。山崩在將山頂削平的同時，還導致了巖層下的高壓水蒸氣和消融在巖漿中的各種氣體在火山內部瞬時爆炸。(這個過程非常類似于日常生活中把經過劇烈搖晃的汽水瓶瓶蓋掀開或在處于高壓狀態的容器上鉆孔所產生的效果。)

橫向沖擊波出現了。盡管比雪崩晚，但其運動速度非常快，很快就趕超了雪崩運動。在沖擊波正面經過的地區，其速度可能達到甚至超過了音速。

當時沖擊波發出的聲響傳到了數百公里以外地區，包括俄勒岡、蒙大拿、愛達荷和加利福尼亞北部等。然而，一些緊挨著圣海倫斯山的地區，比如僅距火山80公里的波特蘭和俄勒岡州的許多地方卻沒有聽到任何爆炸聲，就連災難的幸存者和乘小型飛機經過的科學家斯特菲爾夫婦在回憶時也沒有提及沖擊波的攻擊。這是因為圣海倫斯山附近存在呈放射狀的所謂的“寂靜區域”，在這片區域中的人們壓根兒就聽不到爆炸聲。

受沖擊波影響的地區大致可劃分為三個同心圓區：

直接沖擊區，位于最里面，輻射范圍大致為直徑12公里。整個區域中無論是天然的還是人造的物體都被湮沒或沖走。那些被沖走的物質的流動方向甚至不會因為地勢變化而出現偏轉。

溝渠形成區，位于受沖擊波影響區域的中間部分，這個地區的地形因熔巖的沖刷而形成眾多的溝渠。

焦枯區，又被稱為直立死亡區，位于受沖擊波影響區域的最外側。這一區域中的樹木往往被沖擊波的高溫氣體烤焦但卻依然保持直立。

火山灰流

橫向沖擊波出現后極短時間內，大量火山灰和水蒸氣豎直地從火山口噴薄而出，噴發時形成的煙狀物的高度迅速提升。不到10分鐘的時間，煙柱的海拔高度就超過了20公里，并開始擴散形成蘑菇狀煙云。隨著火山噴發加劇，火山灰云的主體部分逐漸順風沿東北偏東方向飄向下游。

由于天氣晴好，科學家通過衛星影像追蹤到了火山灰云順風飄流的軌跡。早晨9點45分，它以平均每小時100公里的速度行至華盛頓州的雅克馬地區，到11點45分又行至華盛頓州的斯波克恩地區。由于火山爆發持續了9個多小時，其間源源不斷地噴發出大量火山灰，加之這些順風飄散的火山灰稠密得足以遮天蔽日，因此導致雅克馬地區和斯波克恩地區被迫啟動了夜間應急光源。

整個白天火山灰煙柱的高度上下浮動，到下午稍晚時候開始逐漸下降，到5月19日早晨才完全消失。而此時，火山灰的行跡已經擴散到整個美國中部地區。兩天后，盡管大量火山煙云逐漸消散在空氣中，美國東北部地區的大氣污染監測器還是監測到了一部分灰塵微粒。部分火山灰微粒甚至在不到兩周的時間內彌漫到了全球的大氣當中。在環球旅行數周后，大部分塵埃漸漸落入地表，而有一小部分則在若干年內一直懸浮在大氣的上層。

持續9個多小時的火山噴發中，大約有5.4億噸火山灰飄落到面積超過5600平方公里的廣闊地域。

火成碎屑流

火成碎屑流是熔巖和巖石碎塊的混合物，通常滾燙甚至還會發出光亮，所以又被稱為“發光的云彩”?；鸪伤樾剂鞯倪\行速度最快時可達到每小時730公里。自身的高溫和機動性使火成碎屑流成為最具摧毀性的災難。

火成碎屑流極可能在橫向沖擊波發生后不久就開始形成，但直到正午過后人們才觀測到它的流動。此后的5小時內，它始終源源不斷地流出。據目睹者描述，火成碎屑流從火山噴口的邊緣溢出，看上去就像“鍋里熬開的燕麥粥”。據統計，5月1 8日的火山噴發共形成了17股向不同方向流動的火成碎屑流。

泥石流

伴隨火成碎屑流出現的還有另一種火山物質流，它就是由火山碎巖塊和水構成的具有流動性的混合物——泥石流。5月18日火山的猛烈爆發后，大量滾燙的熔巖和火山灰將原先累積在峰頂的冰雪融化了，雪水順勢流下形成大量火山泥流。

早在上午8點50分人們就已經發現陶特爾河分岔口南面出現了泥石流現象，然而規模最大且破壞力最強的泥石流卻直到數小時以后才在陶特爾河岔口以北地區出現。當時山崩形成的巨型石塊已經完全被水滲透，開始順流滾落下來。下游的克里特茲河和哥倫比亞河被沉積物淤堵，克里特茲河的蓄水量頓時減少了85％，而哥倫比亞河的內河航運水位也下降了許多，以至于大量船只無法正常運行。此外，泥石流還沿斯維福特河、派恩河和姆迪河流域橫掃過火山的東南面，將大量的水、泥和碎石傾入斯維福特水庫，水庫水位因此不得降至較低水平，以免大量水溢出對下游村落構成威脅。

生態系統在毀滅性的打擊下能保留下來嗎?生態系統怎樣復蘇?

火山爆發給生態系統帶來了極大的災難。溫度極高的火成碎屑流行經之處幾乎全部變為泥漿覆蓋下的不毛之地?；鹕絿姲l導致地球有史以來最猛烈的一次山崩，橫向沖擊波甚至將樹木拋到12公里以外的地方?；鹕交艺谏w了方圓數千平方公里的地域，僅有樹木得以幸存。

數周以后，生物學家來到現場，他們發現許多物種被摧毀殆盡，但也有部分物種僥幸逃脫，幸存的動植物主要是蜘蛛、小鳥和囊地鼠等躲在地面以下得以幸存的小動物和部分隨風降落的外來植物。外來的哺乳動物也已經開始在這片荒原上覓食。

對生態學家而言，圣海倫斯火山是一個研究物種更替的絕好案例?？茖W家從圣海倫斯的恢復過程中得出結論，認為生態的恢復是一個過程，火山噴發所帶來的影響不只局限在一個方面。無論是火山灰、火成碎屑流還是巨型山崩都從不同角度對生物產生影響，而不同物種的反應往往也不一樣。

一些穴居動物甚至在遭受重創的區域得以幸存。在被橫向沖擊波摧毀的地帶就有金花鼠從土層下鉆出來，它們的活動客觀上使土壤和表層的火山灰混合，土地肥力得以增加，加上植物種子或部分幸存樹木，這里的生態很快得以恢復。這種短、平、快的恢復方式是生態學家意料之外的。最令人吃驚的是物種的多樣性。以往人們所了解的生態恢復原則是，在火山爆發的重災區很少有物種能夠幸存下來，因此在重災區周邊受到影響相對較小的區域可能是生態恢復的希望所在。而對1980年火山爆發的調查表明，首先引發變動的正是生活在火山重災區土層以下的穴居小動物，正是它們的活動(如翻土)為外來物種遷入創造了條件。

1883年8月，位于印尼的臘卡塔火山爆發，其威力大約是廣島原子彈爆炸的10萬倍，而噴發時的聲響更是傳到了4500公里以外的地區。這次火山活動湮沒了小島約2/3的土地，堆積了厚度為30-60米不等的火山灰。約有20立方千米的石塊、灰燼和煙塵被拋入空中。而海底的挪移還引發了海嘯，造成36000人死亡、160個村落被毀的慘劇。

從臘卡塔火山的地質活動來看，它位于印度一澳大利亞大陸板塊和太平洋板塊交界的地段，是分布在蘇門答臘島和爪哇島之間眾多活火山中的一座。它也是一個研究物種與新棲息地的好地方。在臘卡塔火山最值得研究的就是外來物種如何抵達并最終占領這個毫無生機的孤島。

據統計，物種占據孤立小島時通常借助以下幾種天然運輸方式來實現：一是空運，借助鳥或昆蟲的飛行空運，如輕盈的蘭花種子及蕨類植物的孢子等。二是海運，動植物自己游過去或借助原木實現漂流。三是動物“搭便車”，通常是一些植物種子或動物幼蟲鉆入動物體內或依附在它們身上“搭便車”。

為了確保遷徙的有效性，許多動植物甚至在進化方面做出了改變。一些軟體動物通過黏性物質依附在其他動物身上。部分植物種子通過粘合或倒鉤的方式把自己掛在動物體表，有的甚至借助風的力量在空中輕盈地飄揚。而一些植食動物則把部分植物種子帶到新的地方。如果新棲息地形成時間足夠長，那么外來物種的數量可能逐漸與之前滅絕的物種數量持平，生態系統開始趨于穩定。

在臘卡塔火山，上述幾種方式都得以應用。1997年，科學家對那里新的生態棲息地進行了實地調查，發現如果時間足夠長，熱帶雨林生態系統完全能夠在不受干擾的情況下從毀滅式的災難中恢復。一個世紀之前，臘卡塔火山的殘余部分還是寸草不生的荒原，而現在已經是一片生機昂然的熱帶雨林。1883年被摧毀殆盡的三個小島現在已變為400多種維管植物、數千種節肢動物、30多種鳥類、18種陸生軟體動物、17種蝙蝠和9種爬行動物的樂園。它們都是橫越44公里的海路遷徙而來的外來物種。這個生機勃勃的系統最初得益于部分適應力極強的動植物。據考證，臘卡塔火山新棲息地最初的先鋒物種是靠海運上岸的樹木，后來動物逐漸取代了它們，成為生態系統中更加重要的角色。