“惹不起”的火山灰

歐陽鵬

公元79 年8 月，維蘇威火山突然爆發(fā)，其噴發(fā)出的火山灰掩埋了整個龐貝古城，火山灰最厚處達(dá)5.6 米。距維蘇威火山東南腳10千米的龐貝古城，這座古羅馬帝國最為繁華的城市，在維蘇威火山此次劇烈爆發(fā)后的18 小時內(nèi)被完全掩埋。為什么輕飄飄的“灰”都能有如此巨大的殺傷力？今天我們來了解一下被譽為“惡魔之塵”的火山灰。

火山灰是直徑小于2 毫米的火山碎屑物，主要由火山爆發(fā)噴射出的巖漿碎裂而形成。直徑為2 ～ 64 毫米的碎屑叫火山礫，直徑超過64 毫米且在飛行過程中冷卻形成紡錘形或麻花形的碎屑叫火山彈。

巖漿中含有水蒸氣、二氧化碳和二氧化硫等可揮發(fā)成分，它們是火山氣體。當(dāng)巖漿位于壓力較高的地下時，這些氣體被壓縮在巖漿中;而當(dāng)巖漿逐漸靠近地表，壓力隨之減小，這些氣體就會逐漸形成氣泡從巖漿中逃逸。巖漿的黏度越高，其中包裹的火山氣體越多，巖漿來到地表時氣體膨脹越猛烈，最終導(dǎo)致猛烈噴發(fā)。噴發(fā)得越猛烈，巖漿越容易被打碎成小顆粒并冷凝成火山灰。

基于形成機(jī)制，火山灰的量取決于巖漿的黏度。而形成巖漿時熔化的巖石種類以及在巖漿房中等待噴發(fā)的時間長短等，決定著二氧化硅的含量。巖漿中二氧化硅的含量越高，巖漿的黏度也越高。

巖漿的黏度還影響了火山的噴發(fā)方式。即便是同一座火山，在不同時期也有不同的噴發(fā)方式，這在很大程度上取決于巖漿的黏度。

火山的噴發(fā)方式一般分為裂隙式噴發(fā)和中心式噴發(fā)兩大類型，而中心式噴發(fā)又根據(jù)巖漿成分、黏度、爆炸力等性質(zhì)進(jìn)一步分為斯特龍博利式噴發(fā)、夏威夷式噴發(fā)、武爾卡諾式噴發(fā)、培雷式噴發(fā)和普林尼式噴發(fā)。

裂隙式噴發(fā) 在地表形成直線型長裂隙，從中涌出大量的熔巖，黏度較低。富士山曾多次發(fā)生過這種噴發(fā)，但最常發(fā)生于冰島和夏威夷。

斯特龍博利式噴發(fā) 名字源自于意大利的斯特龍博利島，其噴出的巖漿黏度比夏威夷式要高一些，比普林尼式要低一些，噴發(fā)特征是熔巖像噴泉一樣向上噴出。西之島的火山噴發(fā)也屬于此類噴發(fā)方式。

夏威夷式噴發(fā) 當(dāng)巖漿的黏度較低時，通常不會伴隨有強烈的爆炸現(xiàn)象，甚至都很難叫作噴發(fā)，巖漿只是從火山口溫和的溢流出來。這種火山噴發(fā)方式在夏威夷島較常見。

武爾卡諾式噴發(fā) 巖漿黏度較大，火山爆發(fā)強度大，噴發(fā)時常伴隨富含火山灰的噴發(fā)云，形成火山碎屑巖與熔巖流互層的火山錐，如日本櫻島火山噴發(fā)。

培雷式噴發(fā) 當(dāng)巖漿黏度較高時，巖漿無法緩緩流動，會在火山頂冷凝形成熔巖穹丘，之后在內(nèi)部壓力的作用下崩塌，里面積蓄的巖漿噴出，形成火山碎屑流。這種形式的火山噴發(fā)非常危險，破壞性極大，圣海倫斯山火山噴發(fā)就是典型的培雷式噴發(fā)。

普林尼式噴發(fā) 火山噴發(fā)中最猛烈的一種。大量火山氣體和巖漿碎塊會噴射到幾千米的高空，其巖漿黏度非常高。噴發(fā)的火山灰可到達(dá)平流層，并飄散到全世界。如菲律賓的皮納圖博火山1991 年的噴發(fā)。

火山灰雖然叫“灰”，但是不同于煙灰，它堅硬、不溶于水，是非常鋒利的玻璃質(zhì)巖石，幾乎就是玻璃渣。火山灰進(jìn)入眼睛或者被人吸入肺部后，會損傷眼角膜或肺部，極高濃度的火山灰還會引發(fā)嚴(yán)重的呼吸系統(tǒng)問題，甚至造成窒息。

顆粒物的粒徑越小， 其被人吸入后進(jìn)入呼吸道的部位就越深。吸入粉塵等粗顆粒物會造成呼吸系統(tǒng)損傷， 誘發(fā)支氣管炎或哮喘病。吸入細(xì)顆粒物則可能會對心肺功能造成損害，引發(fā)心臟病、肺癌等。因此，對心肺較為敏感的人群，如老人、兒童和身患心肺疾病的人來說， 火山灰這類細(xì)小的顆粒物的危害更大。

火山灰會像水泥那樣遇水凝結(jié)，并且吸水增重。30 厘米厚的含水火山灰就能壓垮大部分房屋。1991 年皮納圖博火山噴發(fā)產(chǎn)生的火山灰，因為臺風(fēng)和暴雨變得潮濕而厚重，降落到了人口稠密的地區(qū)，約200人喪生于倒塌的建筑下。

不僅如此，噴發(fā)的火山巖漿裹挾著大量有毒的二氧化硫氣體，隨著火山灰在空氣中彌漫，低濃度的二氧化硫會刺激患有呼吸系統(tǒng)疾病的人，高濃度的二氧化硫甚至可能令人致命。

少量的火山灰進(jìn)入發(fā)動機(jī)、傳感器等交通工具的儀器內(nèi)部，就會造成設(shè)備堵塞、磨損等各種破壞，致使汽車、火車、飛機(jī)停運停航。

少量的火山灰就能覆蓋道路上的交通標(biāo)識和指示線，火山灰還會降低道路和航線上的能見度，進(jìn)而提升交通危險。

少量的火山灰遇水變濕后會導(dǎo)電，可能引發(fā)電力線路停電、短路或火災(zāi)。

2010 年3 月， 由于冰島南部的艾雅法拉火山爆發(fā)， 產(chǎn)生的大量火山灰在歐洲上空彌漫， 多家航空公司宣布其赴歐洲的航班取消或延誤。當(dāng)年的3 ～ 4月，在冰島火山大規(guī)模爆發(fā)之后， 數(shù)千架進(jìn)出芬蘭、挪威、丹麥、瑞典和其他受火山灰影響的國家的航班被迫取消， 英國民航機(jī)場全部關(guān)閉， 歐洲多國受到火山灰的影響而中斷航線。全歐洲的航空業(yè)都因限飛而受到重創(chuàng)， 空中交通在很長一段時間處于癱瘓狀態(tài)。

火山爆發(fā)后，火山灰在噴發(fā)點周圍區(qū)域廣泛分布。火山灰含有不同數(shù)量的土壤養(yǎng)分，這些養(yǎng)分來自于噴射出的巖漿。火山爆發(fā)時會釋放出水、二氧化碳、二氧化硫、硫化氫、氯化氫以及其他有害物質(zhì)但也釋放出巖漿中豐富的硅和氧。

此外， 火山還噴發(fā)出巖石碎片， 如輝石、角閃石和長石， 含有豐富的鐵、鎂和鉀元素，這些都是植物生長所必須的養(yǎng)分。因此， 火山土壤大量沉積的區(qū)域（ 如火山噴發(fā)點附近的山坡和山谷）， 土質(zhì)是相當(dāng)肥沃的。

例如，意大利大部分地區(qū)是由石灰?guī)r組成的貧瘠土壤，但那不勒斯地區(qū)（ 維蘇威火山遺址） 的土地就較為肥沃，這是由發(fā)生在3.5 萬～1.2 萬年前的火山噴發(fā)造成的。火山噴發(fā)為土地帶來了植物生長所必需的礦物質(zhì)，隨著雨水將其風(fēng)化和分解，這些礦物質(zhì)被吸收到土壤中，它們就成為了植物生長所需營養(yǎng)的穩(wěn)定供應(yīng)源。

夏威夷是另一個由于火山爆發(fā)導(dǎo)致土壤肥沃的地區(qū)，火山爆發(fā)反過來促進(jìn)了當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)發(fā)展。在15～18 世紀(jì)之間， 在夏威夷的考愛島、瓦胡島和莫洛凱島，芋頭和紅薯這類作物第一次在當(dāng)?shù)鼗鹕交邑S富的土壤中被種植，帶來了極高產(chǎn)量，促進(jìn)了當(dāng)?shù)氐纳a(chǎn)，現(xiàn)今夏威夷的繁榮也與此密不可分。