超級火山的威力有多大?

許建東

“火山”（volcano）一詞，來源于上古的希臘神話。神話中的火神是赫斐斯塔斯，他代表著燃燒、發光和火焰。后來赫斐斯塔斯搖身一變，成了羅馬神話中的烏干火神，這位眾神中的鍛工，為奧林帕斯山的鍛爐裝配了工具，濃煙滾滾的山口是烏干的熔爐煙筒。人們認為，火山噴發時的隆隆爆炸聲，是烏干在錘擊鐵砧；而火山口冒出的陣陣噴火和滾滾濃煙，則來自他的熔爐。而古代文獻里最常見的一種說法是：意大利西西里海附近的一個名叫烏爾卡諾（Vulcano）的火山島，就是烏干的熔爐所在地。

火山的“死”與“活”

按照活動性的差異，火山可分為3種類型：活火山、休眠火山、死火山。活火山主要指正在噴發和預期可能再次噴發的火山；休眠火山指的是曾經噴發過、現在處于休眠狀態，將來可能再次噴發的火山；而死火山，則是指那些最后一次噴發距今已經很久遠，并被證明在可預見的將來不會噴發的火山。

火山的“死”與“活”是相對的。傳統上，人們將有過歷史噴發或有歷史噴發記載的火山稱為活火山。但是，在不同國家和地區，歷史或歷史記錄可能大相徑庭，有的國家或地區只有三四百年，有的則可長達三四千年，甚至更久。在那些渺無人煙的偏遠地區，即使是發生在近代的活火山噴發，也可能不為人知，毫無歷史記錄。顯然，基于歷史或歷史記錄的活火山定義既不完整，也不符合實際情況。于是，根據對大量活火山噴發間隔期和熄滅的火山最后一次噴發時間的統計，一些火山學家提出一個有一定時間條件限制的、得到了改進的活火山定義，即根據不同國家、不同地區的具體情況，把在過去1萬年、5000年或2000年以來有過一次噴發的火山，稱為活火山。但實際上，火山下面是否存在著活動的巖漿系統，是判斷一座火山“死”與“活”的關鍵所在，因為這是火山噴發的物質基礎。一般認為，在活火山和休眠火山下面，都存在著一定規模的活動巖漿囊系統；而位于死火山下面的巖漿囊系統，由于缺乏巖漿補給而變得枯竭和不活動。

目前，地球上已發現的死火山約有2000余座，活火山共有523座，其中陸地上有455座，海底有68座，主要集中分布于世界四大火山帶：環太平洋火山帶、大洋中脊火山帶、東非裂谷火山帶和阿爾卑斯-喜馬拉雅火山帶。

在歷史上噴發過的已知超級火山中，有的已經“死”去，而有的還“活”著，或者僅僅處于休眠狀態。

如何度量火山噴發威力

要了解超級火山的無比威力，那就得先了解火山爆發指數。與人們熟悉的地震一樣，火山活動也是地球內部能量釋放的一種表現方式。地震由震級來度量，不同震級代表不同地震所釋放的能量大小，震級越高，地震所釋放的能量就越大。火山亦如此。火山噴發中，危險性最大的就是爆炸性噴發，其中最大的災害是噴發柱，因此科學家現在習慣于用噴發物總質量與噴發柱高度來衡量火山釋放的能量，這種量度便通常被稱為火山爆發指數（Volcanic Explosivity Index，簡稱VEI），爆發指數越高，火山所釋放的能量就越大。

從火山爆發指數VEI表中可以看出，火山爆發指數每增加1個單位，其釋放的能量就增加近1個量級，而其噴發周期也將相應延長，原因顯而易見，大型噴發需要更長時間來積累能量和補給巖漿，也許沉默得越久，就爆發得越厲害——超級火山尤其如此，它擁有超級巖漿囊，噴發周期超長，以醞釀規模特大的超級噴發。

蟄伏的超級火山

所謂超級火山，是指火山爆發指數（VEI）達到8的火山，它的威力令人驚駭：噴發體積達到1,000立方千米，噴發柱高達45千米以上。最近研究成果顯示，目前地球上至少發生過47次這種超級火山噴發事件，其中有42次發生在始新世晚期以來（距今約3600萬年）。最古老的一次超級噴發，發生在中奧陶世（距今約4.54億年），根據對北美和歐洲大陸上發現的火山灰的研究估算，該次噴發物的體積在1500立方千米以上。

美國的黃石火山也是一座超級火山，200余萬年來，發生過3次超大規模的噴發。在每次災變性事件中，超大體積的巖漿沖破地表，猛烈噴發而出，并以熾熱的浮巖、火山灰和氣體的混合物形式釋放到大氣中。這些混合物還形成火山碎屑流，涌向四面八方，如此大體積的巖漿，在火山的地下產生了迅速抽空作用，造成地面大面積塌陷，吞沒了上覆群山，造就了寬闊洼地狀的火山沉陷，形成了黃石國家公園的宏偉地貌景觀。黃石公園的平均海拔高度達2438米，邊緣更是高峻雄奇，其間峽谷縱橫、瀑布飛漱，它能成為世界上最偉大的天然公園之一，正是火山的杰作。

210萬年前，黃石火山第一次噴發，噴出的巖漿量達到2450 立方千米，火山灰覆蓋了今天美國國土的1/2。這是地球上五大噴發之一，形成的破火山口直徑大于100 千米。130萬年前，它再度噴發（VEI=6），造就了位于黃石國家公園西側的島公園之內的亨利福克破火山口，形成了另一片廣泛分布的凝灰巖。64萬年前，黃石地區第三次超級噴發，造就了80 千米長、55 千米寬的黃石破火山口，破火山口塌陷陡壁高度在50 米以上，噴發物體積達到1000 立方千米，向大氣層中拋出了體積巨大的火山灰，在遠離黃石的愛荷華州、路易斯安那州和加利福尼亞州，都可見到這次噴發的產物。

目前，黃石公園到處點綴著間歇泉和天然溫泉，地面散發的熱氣比北美洲平均高出30~40倍。這股熱氣驅動了黃石公園里最吸引游客的熱液景點，即世界上最壯觀的間歇泉、溫泉、泥沸泉和熱蒸氣噴出口。地下水經過地下深處的熾熱巖漿囊加熱后，沸水中的蒸汽通過地殼的許多裂隙到達地表，形成了這些星羅棋布的溫泉。7.5萬年以來，盡管黃石火山沒有發生過大規模熔巖或火山灰噴發，但科學家從廣泛分布的溫泉和由監測臺網所得到的信息表明，該火山并沒有死亡，仍存在大噴發的危險。

那么，這個“超級火山”將在何時爆發呢？目前，對全世界的火山學家來說，爆炸性火山的預警仍然是個挑戰。對火山活動的早期發現，主要依賴于地震活動、地表變形的異常增加，以及某些指標性的地球化學元素含量的異常變化。這些要素變化的實質，就是巖漿系統壓力的變化和巖漿的運動，確實為我們提供了火山噴發的一些前兆性信號。但是，爆炸性火山兩次噴發之間的間歇期，往往長達幾百年乃至上千年，甚至更久；而長期休眠后的火山噴發前兆形式大相徑庭，即使同一座火山的不同噴發，表現出的前兆形式也有所不同，如日本有珠火山，先后在1910、1944和1977年噴發過3次，但噴發前的表現形式均各不相同，因此，對爆炸性火山而言，沒有可以適用的普遍規律。我們需要對每座火山、每次噴發進行具體的監測與分析研究。上個世紀，對1980年美國圣海倫斯火山（VEI=5）和1991年日本云仙岳火山（VEI=6）噴發的成功預警預報，增強了人們對活動火山的監測研究和未來噴發預報的信心。但是，精確地預報火山噴發仍然任重道遠，反常的前兆信號和錯誤警報率仍然較高。對于超長期休眠的超級火山，尤其不能等閑視之，因為其噴發前兆信息的表現特點、異常強度和持續時間，與常規級別的火山相比，往往有天壤之別。簡而言之，對超級火山噴發前兆信號的連續監測，由于其異常持續時間很長，恐怕絕非一代人所能完成。令人欣慰的是，美國聯邦地質調查局、猶他大學和黃石國家公園共同組成的黃石火山觀測站，堅持不懈地密切監測著該地區的火山活動狀況，因此人們大可不必為地球內部的這顆“定時炸彈”而憂心忡忡。

中國活動火山現狀

上個世紀90年代，中國科學界加強了對長白山天池火山、騰沖火山及五大連池火山的監測與研究，拉開了我國活動火山研究的序幕。如果20多年前還有人懷疑中國是否存在活火山，那么20多年來的監測與研究成果表明，今天擺在我們面前的長白山天池火山，無疑有潛在噴發危險。

長白山天池火山，是目前中國大陸危險性最大的巨型現代活動火山，公元946年曾噴發過一次，那次噴發被認為是近兩千年來地球上規模最大的爆炸性大噴發之一，爆發指數到達VEI=7，噴發物總體積在100立方千米以上，噴發柱高達30余公里，噴出的火山灰向東飄落至日本北海道南部一帶，覆蓋地面厚達5厘米，近期有研究成果報道，在距離火山口2000千米外的千島海溝附近的深海沉積物中也發現了這次噴發的火山灰。過去的研究結果還顯示，公元946年的那場大噴發，摧毀了當時長白山區遼闊的原始森林，厚大的空降浮巖堆積，覆蓋了火山周圍數千平方千米的地帶，噴發物堰塞了松花江上游的河道，鴨綠江、圖們江、錦江上游填滿了厚大的火山碎屑流，形成現今壯觀的大噴發火山景觀。而在此前的公元前2100年前后，天池火山還發生過另一場大噴發，規模不亞于公元946 年那場大噴發。

在現今天池火山口50千米半徑范圍內，從大規模噴發毀滅的森林炭化木遺骸以及大量火山碎屑物來預計，如果長白山天池火山再次發生公元946年那樣的大規模噴發，后果將不堪設想：上述范圍內的一切生命將灰飛煙滅，而從二道白河—松花江的火山泥石流的分布及厚度來估計，它們將有可能摧毀位于松花江、鴨綠江水系中的一系列大、中、小型水庫和水電站，從而導致全流域泛濫成災，釀成極為嚴重的原生和次生火山災害。因此，從火山災害的規模、目前火山區迅速增加的人口密度和自然資源生態環境保護等方面來考慮，開展對長白山天池火山未來噴發危險性評價和災害性評估，并制定出針對性預防措施，給社會公眾提供安全保障，對于保證該地區社會穩定、協調發展，都是絕對必需的。

遠在我國西南邊陲的云南騰沖火山地區，在半徑約55千米、面積9000平方千米的范圍內，密集地分布著220多個火山巖體。從李根源《烈遺山記》中描述的“騰沖多火山，志載明成化、正德、嘉靖、萬歷年間（公元1465-1620年）火山爆發多次”，《徐霞客游記》中記載的1609年打鶯山火山噴發，說明在幾百年前，騰沖火山區確實有過火山噴發。如今，騰沖火山區是我國活火山區地熱顯示最為顯著的地區，如熱海地區的水溫均在100℃左右，近年來，水熱活動似有增強之勢，發生過多起水熱爆炸事件。微震觀測存在巖漿沖擊型地震與地震測深剖面和大地電磁測深的結果，都顯示出可能存在殼內巖漿囊。這些火山是否醞釀著新的噴發危險，使人們不能不特別關注騰沖火山的未來活動。

五大連池火山群共有14座火山，位于黑龍江省西北部，熔巖流面積約800 平方千米。130萬年來，這里發生過7次集中的噴發活動，最近一次噴發即老黑山和火燒山在1720-1721年間的噴發，持續時間為一年零五個月，火山噴泉高出火山錐300~500米。據最新的地球物理探測成果顯示，目前該地區地殼內沒有明顯的低阻巖漿囊存在，火山噴發通道內的巖漿已冷卻，區內也沒有明顯的地熱流體釋放活動，火山活動目前可能處于休眠狀態，但仍需加強監測。

近年來，中國的火山監測研究工作得到了政府的高度重視和支持。目前，“十五”期間建成的中國火山監測臺網已經進入了日常運行階段。“國家火山臺網中心”，是中國火山監測臺網的數據匯集、交換、分析、處理與數據共享、信息發布中心，也是一個反應迅速、功能全面、安全可靠、滿足火山監測要求的國家火山監測中心，它對全國火山監測臺網的數據進行匯集、存儲、分析，同時承擔火山巖測試、火山揮發份測試、火山災害模擬等實驗室工作，負責火山異常判斷、火山災情分析、火山預警組織會商和上報等任務，以及通過互聯網提供數據服務和火山宣傳工作。我國目前已查明有潛在噴發危險的活動火山14座，已納入日常監測的火山包括：吉林省長白山天池火山和龍崗火山、黑龍江省五大連池火山和鏡泊湖火山、云南省騰沖火山以及海南省瓊北火山。隨著我國活動火山研究的不斷深入，相信在不久的將來，對全國范圍內有潛在噴發危險的火山的全面監測便有望實現，最終提高我國火山災害的防御能力、有效地減輕火山災害。