火山財富

顧亞寧

顧亞寧，中國地震局地質研究所活動火山研究室在讀碩士研究生。2016 年獲上海師范大學地理信息科學學士學位，目前開展利用無人機和ArcGIS 軟件進行五大連池老黑山地區熔巖流流動過程的恢復工作，參與中國地震局地質研究所活動火山研究室參與火山網站建設、運維，以及中國大陸重點火山區地質調查和數據庫建設設計與研究工作。

概 述

火山是地球上十分美麗壯觀且令人震撼的地貌形態，它是由火山噴發作用將地球深部物質噴出地表，并堆積所形成的具有特殊結構和形態的山體。地殼之下100～150千米處，有一個“液態區”，存在著高溫、高壓的巖漿，其主要是含氣體揮發成份的熔融狀硅酸鹽物質。巖漿一旦從地殼薄弱處沖出地表，就形成了火山。

火山是地球內部劇烈運動的一種表現形式，是人們窺探地球內部組成、演化和變動的一個窗口。火山活動與人類的生存、生活和生產活動息息相關，火山活動是創造自然財富的重要源泉，許多礦產資源的形成都與火山活動有關。

火山財富

火山從巖漿活動到噴發再到休眠，一直是把雙刃劍，一方面它會帶來火山碎屑流、火山灰、熔巖流、火山泥石流、火山地震與山體滑坡等地質災害，另一方面它也能給人類生產生活帶來許許多多的便利和財富。比如形成豐富的旅游資源、地熱能源、火山材料資源等（圖1）。除此之外，還會對生態和地質研究起到一些積極的影響。

圖1 火山的3類財富

（一）旅游資源

1.簡介

火山旅游資源是通過發現、發掘、發揮、改善和提高等技術過程能夠成為旅游吸引物并變成旅游產品的各種火山資源和火山文化。其中火山資源是指與火山作用有關的資源，火山文化是指人類利用火山資源所創造的物質和精神財富以及行為方式的總和。火山旅游資源包括火山地質地貌、火山礦產與能源、火山區水體景觀、火山區生物群落、火山噴發、火山物質文化、火山精神文化和火山行為文化（表1）。

2.火山旅游資源及相關景點

火山地貌包括火山口、火山錐、火山彈、柱狀節理、熔巖隧道、炭化木、低平火口湖、各種熔巖流等。著名的有北愛爾蘭巨人岬的多邊形玄武巖巖石柱群、中國海口的七十二熔巖洞、日本富士山火山錐、西班牙的蘭薩若特火山島、意大利維蘇威火山區的龐貝古城（圖2）、中國長白山天池火山炭化木、中國廣東湛江市和德國艾菲爾地區的低平火口湖和中國五大連池地區的熔巖流景觀等。

表1 火山旅游資源表

火山礦產旅游資源主要是火山溫泉、火山礦泉和火山石材，其他大部分用于開發旅游工藝品。日本對于火山溫泉的開發和研究是世界領先的（圖3），以山野溫泉為主題，打造了獨特的溫泉文化；五大連池地區的冷礦泉同樣聞名遐邇；火山土壤一般用于火山農業觀光。

火山區水體景觀可用于旅游觀光和體育旅游，著名的有美國黃石公園的五彩池和間歇泉、巴西和阿根廷交界地區的伊瓜蘇瀑布以及我國吉林的長白山天池和黑龍江的鏡泊湖。火山生物群落因受火山活動影響，尤其是火山噴發的影響，而表現出更頻繁的遷徙和新生性，由此大多數火山區都有一些獨特的動物或奇花異草，一般用于參觀游覽、保健療養、體育運動、科學研究和科普教育，比較著名的有坦桑尼亞的乞力馬扎羅山和夏威夷火山國家公園。

火山的噴發是火山區別于其他山體的根本標志，火山噴發是最為壯觀、最為神奇的地質現象之一。著名的有冰島火山的溢流式噴發、夏威夷火山的寧靜式噴發、意大利埃特納火山的中心式噴發。為了能讓更多的人切身感受到火山噴發的壯觀和神奇，模擬火山噴發日漸火熱，其中著名的人工火山噴發有美國拉斯維加斯海市蜃樓大酒店和我國的深圳之窗公園。

火山文化是火山地區最具有特色的旅游資源，著名的有美國的夏威夷、 西班牙蘭薩若特島等火山地區利用火山區地熱烘烤食物極具表演性和觀賞性。夏威夷人的草裙舞表演也享有盛名。韓國濟州島的“石頭爺爺”寓意深刻，頗受游客青睞。此外，以火山科普為主題的火山博物館，也日益成為火山旅游的熱點。

長白山景區是一個典型的火山生態區，也是重要且高熱度的火山景點。橫亙在中朝兩國邊界的長白山，不僅擁有全世界海拔最高的火山湖——天池，而且獨享世界上保存最完整的典型溫帶山地自然綜合體。長白山火山幾經噴發、休眠，火山噴發物堆積在火山口周圍，形成以天池為中心的火山錐體，經多年強烈的風蝕作用、寒冬風化作用、流水侵蝕作用等，形成了門類齊全的地貌類型和絢麗多姿的垂直景觀帶，塑造了長白山古老而美麗的山體。長白山原始森林茂密，素有長白林海之稱，除此之外，還有罕見的高山濕地和高山苔原景觀。據統計，目前長白山共有野生植物2500多種，野生動物1500多種，包括國家一級保護動物東北虎、國家一級保護動物梅花鹿、國家二級保護動物水獺、國家一級保護植物紫杉（東北紅豆杉）、國家三級保護植物長白紅景天和國家三級保護植物草蓯蓉等。長白山另一生態奇觀就是被譽為“萬水之源”的水系奇觀，除了美不勝收的瀑布景觀,冰天雪地里的溫泉和鑲嵌在長白山山巔的火山湖天池，其塑造的獨特的長白山火山區水系生態圈也是舉世聞名的。

圖2 龐貝古城

在旅游資源之外，火山還會對生態方面（主要是植被、土母質、地形、水文、氣候和生物多樣性）有著直接或間接的影響。伴隨著火山活動，火山區會形成千姿百態的自然景觀和多樣的生態環境。而地質遺跡資源是重要的、珍貴的世界自然遺產。擁有地質遺跡資源的地域，其文化和自然遺產也是人類和世界遺產的精華，并且具有景觀典型性和資源壟斷性，以及十分重要的資源價值和科研價值。

開發利用火山旅游資源和發展火山旅游的趨勢將生態旅游和文化旅游有機結合，成為火山生態文化旅游。所謂火山生態文化旅游，就是以由火山資源及其環境所構成的火山生態為對象的，以滿足火山生態體驗和火山文化感受為需求的，以促進火山生態保護和火山文化傳承的可持續發展的旅游形式。

（二）地熱能源

1.簡介

地球是一個龐大的熱庫，蘊藏著巨大的熱能。地熱是來自地球內部核裂變產生的一種能量資源，這種熱量滲出地表，就可能形成地熱田。

由于構造原因，地球表面的熱流量分布不勻，形成了地熱異常，如果再具備蓋層、儲層、導熱、導水等地質條件，就可以進行地熱資源的開發利用。火山地熱是與火山活動有關的地下熱能，火山爆發是地球內部熱能在地表的最強烈顯示。除此之外，溫泉、沸泉、間歇泉、水熱爆炸、水熱蝕變等均為地熱在地表的顯示。

2.地熱資源的分布及著名熱田

地熱資源大部分分布在板塊之間的地震—火山帶及其附近地區。環太平洋地熱帶有美國蓋瑟爾斯、長谷、羅斯福,墨西哥塞羅、普列托,新西蘭懷臘開，中國臺灣馬槽，日本松川、大岳等許多著名的地熱田。地中海—喜馬拉雅地熱帶有世界第一座地熱發電站——意大利拉德瑞羅小型地熱電站和中國著名的西藏羊八井和云南騰沖地熱田。大西洋中脊地熱帶有冰島的克拉弗拉、納馬菲亞爾和亞速爾群島等一些地熱田。紅海一亞丁灣一東非裂谷地熱帶有吉布提、埃塞俄比亞、肯尼亞等國的地熱田。除了在板塊邊界部位形成地殼高熱流區而出現高溫地熱田外，在板塊內部靠近板塊邊界部位，在一定地質條件下也可形成相對的高熱流區，如中國東部的膠東半島、遼東半島、華北平原及東南沿海等地。其熱流值達到1.7～2.0熱流單位，大于大陸平均熱流值1.46熱流單位。

圖3 北海道湯之川溫泉

3.地熱利用——以新西蘭和冰島為例

世界各國對地熱能源都有不同程度的利用（表2）。新西蘭、冰島等一些多火山國家，地熱資源豐富，對地熱資源的利用技術較早，并建有大量的地熱電站。新西蘭地處太平洋板塊西南緣與印度洋板塊的縫合線上，是世界上火山活動最頻繁的國家之一，也是地熱發電站建立最早和規模最大的地區之一。其主要活火山和地熱田位于陶波火山帶上，已經開發的有懷拉基、布羅德蘭茲、羅托卡瓦、卡維勞、奧哈基、莫凱等地熱田。其中新西蘭最大的地熱田——懷拉基地熱田位于新西蘭北島中央火山帶中部偏南、陶波湖北東約16km處，地熱流體溫度達260℃，有高溫地熱井100多眼，其中60多眼用于發電，井深一般介于600～1200m。懷拉基地熱電站是世界上第一座利用濕蒸汽發電的地熱電站，也是僅次于意大利拉德瑞羅地熱電站的世界第二個地熱發電站。自1958年建成以來，已成功運行60年，總裝機容量約180MW，年總發電量達1505GW·h。

表2 2014年世界主要地熱能利用分布

冰島由于地處火山活動頻繁地帶，可開發的地熱能為450億千瓦時，地熱能年發電量可達72億千瓦時，那里的人民很好地利用了這一資源，雖然開發的僅占其中的7%，但已經給當地人民帶來了很多效益。其中，雷克雅未克周圍的3座地熱電站為15萬冰島人提供熱水和電力，而整個冰島有85%的居民都通過地熱取暖。地熱資源干凈衛生，大大減少了石油等能源進口。自1975年后，冰島空氣質量大為改善。冰島在長期利用地熱過程中，摸索出一套科學高效的階梯利用技術，即從地熱井中抽出高溫熱水和蒸汽，經分離后用高溫蒸汽進行發電；用高溫熱水將低溫地表水加熱至80℃左右后輸入市區，供居民住宅、游泳池等采暖使用；通過熱交換器冷卻后的地熱水含有大量對人體有益的礦物質，則用于溫泉療養區的洗浴保健；此后的地熱水溫度依然較高，經處理后用于綠色溫室種植、養殖業供暖。

隨著社會發展，人們的生活觀念、環境、能源等都在發生變化，礦物燃料高峰時代逐漸消弱。而儲存于地下的地熱能是一種清潔能源，可再生能源，不受氣候條件影響，既可以作為基本負荷能，也可以作為峰值負荷能使用。而且從開發成本上看，相比于其他可再生能源更有發展潛力。

（三）火山材料

1．簡介

火山材料具有很多獨特的物理性質，加上成本相對便宜，因此是建筑和制造業的理想選擇。世界上幾乎到處都有火山巖，每年約有6～8km3的新火山物質噴發，在近2km3的地面物質中，80%是火山碎屑流、巖屑崩落和火山灰等顆粒物質。

2．火山材料的用途

火山灰和火山黏土是許多工業材料的常見添加劑：浮石是很好的磨料；火山黏土可以用作潤滑劑和添加劑；火山灰能在很大程度上提高該區域的土地肥力（圖4）。膨潤土（圖5）是一種灰白色的蒙脫石黏土，是由火山巖風化形成的。它是一種硅酸鹽類物質，它能吸收水分，并具有基本的交換性質。膨潤土有多種用途，包括鑄造、動物飼料、鉆井泥漿、吸收劑、工業和特種用途。浮石是一種多孔、富含氣泡的低密度火山玻璃。由于它的低密度很容易處理，于是容易分解成更細的顆粒從而被廣泛地用作磨料，包括砂紙、砂輪、“洗牛仔褲的石頭”“熔巖”手皂等。

珍珠巖和火山渣被用于道路建設和建筑材料的生產(如混凝土和火山渣塊)。珍珠巖是一種高度水化的火山玻璃，一般用作輕粒料，但也有一些特殊用途。它可以替代輕質墻面石膏中的沙子，也可以用于陶瓷產品、填料和過濾器。珍珠巖由于其高裂縫密度和高表面積，有通氣和保水的雙重能力，這是植物根系正常運作所必需的。火山渣主要用于混凝土和火山渣塊的制造。在道路建設中，高強度、高絕緣性能的柔性路基是道路建設的重要組成部分。此外，按特定尺寸分類的火山渣也成為白蟻等掘進型害蟲的有效屏障。

圖4 剛果火山為農民帶來了肥沃的土壤

圖5 膨潤土，相當不引人注目，夾在泥灰巖（下面的沙子單元的一部分）和礫石之間

火山巖由于其穩定性、強度、顏色、可利用性和耐風化性等特點，在世界范圍內得到廣泛應用。它的用途從簡單的被用作花園墻到巴洛克式的大教堂，再到現代的摩天大樓，不一而足。塊狀火山巖是一種很好的建筑材料，因為熔巖和火成巖具有很高的強度和良好的保溫性能。這種石頭在歐洲和英國都被用作紀念碑和教堂。

圖6 羅托魯瓦—— 坐落在一堆活火山頂上的硫磺城市

圖7 橄欖石是礦物橄欖石的寶石級品種，其化學成分包括鐵和鎂，而鐵元素正是橄欖石黃綠色色彩的成因

除了大量的硫磺（圖6）外，火山巖石中還會有各種各樣有價值的礦物。火山巖常常產生半寶石。橄欖石（圖7）在玄武巖中很常見，輝石巖也是如此。更奇異的礦物可以在熔巖中找到，例如在德國中部的粗面巖中發現一種稀有的輝石礦物，在墨西哥和美國西南部的流紋巖中發現黃玉。火山玻璃也可以被熔化和塑造成合成的“寶石”。作為儲存礦產的地層，火山巖及其周邊地區除了金伯利巖外還會有金、銀和鉬的產出；同樣，由于多氣孔的特質，火山活動引起的背斜和向斜，會有油氣的儲存。

火山噴發物還會有地質方面的意義，主要是和地球動力學、大地構造學、深部地質學和礦床學有著較為深刻的聯系和指示。火山巖漿來自地幔和地殼，是巖石圈內部各層圈相互作用的產物，它帶來巖石圈物質的直接信息，人們視之為天然的深鉆和巖石圈的探針；火山活動常常帶來有用的成礦物質和熱源，從而形成與火山有關的金屬、非金屬寶玉石和自然景觀資源；火山學也是有關礦床成因研究的基礎，眾所周知，現代火山地熱成礦作用為人類認識乃至探測古火山低溫淺成熱液礦床——斑巖型礦床提供了重要借鑒。

火山材料在歷史上一直為人類所使用。在全球范圍內，火山噴發的速度或多或少是穩定的，因此，新的火山爆發總是會補充火山的原料。除了火山爆發帶來的興奮、敬畏和科學價值外，在很大程度上，火山將繼續為維持現代生活的工業需求提供原材料。

結 語

火山財富主要體現在地熱能源、火山噴出物資源、旅游資源三個方面。旅游資源主要是以火山為核心的景區開發和所形成的獨特的火山文化，以及對于生態方面的意義；地熱能源主要是供暖、溫泉養區和地熱電站的應用；火山材料資源主要是各種礦產資源和肥料制作、建筑石材等各種工業材料以及和地質學尤其是地球動力學、大地構造學、深部地質學和礦床學等科學方面的聯系和指示。

火山噴發帶來人類許多地質災害和次生災害的同時，也能給人類生產生活帶來許許多多的便利和財富。