如何阻止活火山的爆发?比如在一个岛上,有一座活跃的活火山.怎样才能阻止火山喷发?

如何阻止活火山的爆发?比如在一个岛上,有一座活跃的活火山.怎样才能阻止火山喷发?
如何阻止活火山的爆发?
比如在一个岛上,有一座活跃的活火山.怎样才能阻止火山喷发?

如何阻止活火山的爆发?比如在一个岛上,有一座活跃的活火山.怎样才能阻止火山喷发?
火山的形成涉及一系列物理化学过程.地壳上地幔岩石在一定温度压力条件下产生部分熔融并与母岩分离,熔融体通过孔隙或裂隙向上运移,并在一定部位逐渐富集而形成岩浆囊.随着岩浆的不断补给,岩浆囊的岩浆过剩压力逐渐增大.当表壳覆盖层的强度不足以阻止岩浆继续向上运动时,岩浆通过薄弱带向地表上升.在上升过程中溶解在岩浆中挥发份逐渐溶出,形成气泡,当气泡占有的体积分数超过75％时,禁锢在液体中的气泡会迅速释放出来,导致爆炸性喷发,气体释放后岩浆粘度降到很低,流动转变成湍流性质的.如若岩浆粘滞性数较低或挥发份较少,便仅有宁静式溢流.从部分熔融到喷发一系列的物理化学过程的差别形成了形形色色的火山活动.
一、火山喷发的过程
火山喷出地表前的过程归纳为三个阶段：岩浆形成与初始上升阶段、岩浆囊阶段和离开岩浆囊到地表阶段.
1.岩浆形成与初始上升阶段
岩浆的产生必须有两个过程：部分熔融和熔融体与母岩分离.实际上这两种过程不大可能互相独立,熔融体与母岩的分离可能在熔融开始产生时就有了.部分熔融是液体（即岩浆）和固体（结晶）的共存态,温度升高、压力降低和固相线降低均可产生部分熔融.当部分熔融物质随地幔流上升时,在流动中也会产生液体和固体的分离现象,从而产生液体的移动乃至聚集,称之为熔离.
2. 岩浆囊阶段
岩浆囊是火山底下充填着岩浆的区域,是地壳或上地幔岩石介质中岩浆相对富集的地方.一般视为与油藏类似的岩石孔隙（或裂隙）中的高温流体,通常认为在地幔柱内,岩浆只占总体积的5%-30%.从局部看,可以视为内部相对流通的液态集合.岩浆是由岩浆熔融体、挥发物、以及结晶体组成的混合物.
3. 从岩浆囊到地表阶段
岩浆从岩浆源区一直到近地表的通路的上升,与岩浆囊的过剩压力、通道的形成与贯通、以及岩浆上升中的结晶、脱气过程有关.当地壳中引张或引张-剪切应力大于当地岩石破裂强度时,便可能形成张性或张-剪性破裂,如若这些裂隙互相连通,就可以作为岩浆喷发的通道.
二、火山喷发条件
一个地方能否形成火山主要在于是否具备以下条件： 1.部分熔融体的形成,必须有较高的地热（自身积累的或外边界条件产生的）,或隆起减压过程,或脱水而减低固相线； 2.岩浆在地壳中的富集,或岩浆囊形成的位置与中性浮力面的深度有关,而中性浮力面的深度又与地壳流变学间断面有关； 3.岩浆囊中的物理化学过程,主要是结晶体、挥发物与流体的分额与相互作用,岩浆喷发起着促使、或抑制作用.地壳岩浆囊的存在起着拦截、改造地幔升上的岩浆的作用.它也是形成爆炸式火山喷发的重要条件. 4.岩浆囊的存在对岩浆通道的形成有促进作用,而构造活动产生的引张应力场是形成岩浆通道的主要原因. 5.岩浆离开岩浆囊后的上升受到压力梯度与浮力的双重驱动.
三、火山喷发类型
纵观世界火山的喷发类型,其决定因素一是岩浆的成分、挥发分含量、温度和粘度,如玄武质岩浆含SiO2成分低,含挥发分相对少、温度高、粘度小,因此岩浆流动性大,火山喷发相对较宁静,多为岩浆的喷溢,可形成大面积的熔岩台地和盾形火山；流纹质和安山质岩浆富含SiO2和挥发分,其温度低、粘性大,流动性差,因此火山喷发猛烈,爆炸声巨大,有大量的火山灰、火山弹喷出,常形成高大的火山碎屑锥,并伴有火山碎屑流和发光云现象,往往造成重灾.决定因素之二是地下岩浆上升通道的特点,若岩浆房中的岩浆沿较长的断裂线涌出地表,即形成裂隙式喷发；若沿两组断裂交叉而成的筒状通道上涌,在岩浆内压力作用下,便可产生猛烈的中心式喷发.决定因素之三是岩浆喷出的构造环境,看其是在陆地,还是水下；是在洋脊还是在板内；是在岛弧还是在碰撞带等等.火山所处的大地构造环境不同,火山喷发类型的特点也大不相同.
1. 玄武岩泛流喷发
这种喷发如印度的德干高原,北美的哥伦比亚高原.它们是岩浆沿一个方向的大断裂（裂隙）或断裂群上升,喷出地表,有的从窄而长的通道全面上喷；有的火山呈一字形排列分别喷发,但向下则相连成为墙状通道,因此称为“裂隙喷发”.喷发以玄武岩为主,流动方向近于平行,厚度及成分较为稳定,产状平缓,以熔岩被多见,常形成熔岩高原.因为玄武岩流动性大,熔岩喷出量大,少有爆发相,在地形平坦处似洪水泛滥,到处流溢、分布面积广,所以又称“玄武岩泛流喷发”.1783年冰岛的拉基火山喷发,从长25km的裂隙中喷出约12km3的熔岩及3km3的火山啐屑物,覆盖面积达565km2.美国亚利桑那州的威廉峪谷,从120m宽的裂隙中一次性流出熔岩,形成14×22km2的高原,厚度最大达240m.我国贵州、云南、四川的二叠纪玄武岩（260000km2）及河北省的汉诺坝（1700km2）也都是玄武岩泛流喷发.
2. 夏威夷式喷发(Hawaiian eruption)
属热点火山,以美国夏威夷岛为代表,特点是很少发生爆炸,常常从山顶火山口和山腰裂隙溢出相当多数量的玄武质熔岩流,岩浆粘度小,流动性大,表现为比较安静的溢流,气体释放量可多可少.由于喷发时岩浆受到较大的静压力以及气泡的膨胀作用,当其到达地表时,形成熔岩喷泉,被逸出气体推动的熔岩喷泉可高达300m或更高,被喷出的多是玄武质熔岩,也可以是安山质熔岩,也有少量的火山渣和火山灰.这种喷发类型,熔岩往往是多次溢流,而且有许多裂隙作为通道,流出的熔岩形成比较平坦的熔岩穹.例如1924年基拉维厄和1975年冒纳罗亚火山的喷发就是典型的夏威夷式喷发.这种类型喷发基本没有人员伤亡,但可以毁坏农田村庄,造成财产损失.
3. 斯通博利型(Strombolian eruption)
源自20世纪初早期意大利语.最典型的是意大利的斯通博利火山,位于西西里风神岛,经常有火山喷发活动,从古代起即被称为“地中海的灯塔”,其喷发特征是或多或少的定期的中等强度喷发,喷出炽热熔岩,其粘性比夏威夷式要大一些,伴随着白色蒸汽云.火山口的熔岩有轻度硬结,主要为块状熔岩,由玄武质、安山质成分的岩石组成,熔岩流厚而短,也有少数为绳状,每隔半小时就有气体从中逸出.这种火山韵律性地喷出白热的火山渣、火山砾和火山弹,爆炸较为温和,很多火山碎屑又落回火口,再次被喷出,其它的落到火山锥形成的坡上并滚入海中.如斯通博利火山（意大利）、帕利库廷火山（墨西哥）、维苏威火山（意大利）、阿瓦琴火山、克留契夫火山（前苏联）,都具有斯通博利型喷发特点.
4. 武尔卡诺型喷发(Vulcanian eruption)
武尔卡诺岛位于地中海西西里岛附近.这种类型喷发比斯通博利式火山熔岩粘度更大,呈熔浆状,喷发较为猛烈.不喷发时在火山口上形成较厚的固结外壳,气体在固结的外壳下聚集,使熔岩柱的上部气体趋于饱和.当压力增大时,发生猛烈的爆炸,有时足以摧毁一部分火山锥,使阻塞物被炸开,一些碎片和熔岩组成的“面包皮状火山弹”和火山渣被一起喷出,同时伴随着含相当数量火山灰的“菜花状”喷发云.当火山口的“阻塞物”都被喷出后,就有熔岩流从火山口或火山锥侧缘的裂隙中涌出.
5. 培雷式喷发(Peléan eruption)
名字起源于西印度群岛马提尼克岛培雷火山1902年的喷发,当时毁灭了圣皮埃尔城,死亡人数超过3万.这种喷发产生高粘度岩浆,爆发特别强烈,最明显的特征是产生炽热的火山灰云,这是一种高热度气体,全是炽热的火山灰微粒,就象活动的乳浊液,密度大,当它沿山坡向下移动时,足以产生象飓风一样的效果.在培雷式喷发中,向上逃逸的气体经常被火山口中的熔岩堵住,压力逐渐增大发生爆炸时就象从瓶塞底下喷出水平方向的一阵疾风.熔岩被火山灰含量很高的气体所推动向外流出,但除了从火口中流出粘稠的熔岩外,其它地方就没有熔岩流出的现象了.历史上发生培雷式喷发的火山较多：1835年科西圭那、1883年喀拉喀托、1902年苏弗里埃尔、1912年卡特迈、1951年拉明顿火山、1955-1956年别兹米扬、1968年马荣和1982年埃尔奇琼火山喷发都属此种类型.
6. 普林尼式喷发(Plinian eruption)
岩浆粘度大、爆发强烈,火山碎屑物常达90％以上,其中围岩碎屑占10％－25％,喷出物以流纹质与粗面质浮岩、火山灰为主,分布较广,伴有少量熔岩流或火山灰流.由于爆发强烈及岩浆物质大量抛出,常形成锥顶崩塌的破火山口.这种火山喷发过程常为：清除火山通道－岩浆泡沫化－猛烈爆发出浮岩及火山灰－通道壁上碎石坠入及堵塞火山通道,如此反复作用,形成复杂的火山机构.公元79年维苏威火山爆发是典型的普林尼式喷发,伴随喷发大规模降落浮石、火山渣和火山灰.喷出的火山渣顺风降落,离火山口13km的庞贝城,为平均7m 厚的浮石层所掩埋.日本1783年的浅间火山活动也同样降下浮石层,大喷发中同时有火山碎屑流和熔岩流的喷出.1980年5月18日美国圣海伦斯火山爆发也是普林尼式,爆发时形成热液－岩浆爆炸.
7. 超武尔卡诺型喷发
和水蒸气爆发一样,几乎是无岩浆物质的爆发式喷发.有的称超火山（日本磐梯山）型爆发.由于 喷发只有喷发物质而无熔岩,因此喷发物质是在冷却状态下喷发的,偶尔在炽热状态下喷出.其特点是出现大量的基底火山碎屑,有时可达75％－100％. 超武尔卡诺型喷发出的物质体积大小变化很大,从巨形岩块到火山灰均有.碎屑通常是棱角状和尖棱角状,无火山弹和熔渣.
8. 苏特塞式喷发
1963－1967年,冰岛南部近海不停的火山喷发产生一个苏特塞火山岛.火山活动的前半个时期,在浅海海底的一个火山口以反复爆发式喷发为特征,当玄武质岩浆与海水接触时又发生爆炸,产生大量细粒物质（火山灰）,这种由岩浆－水蒸气、水蒸气－岩浆爆发的类型与陆上的斯通博利型喷发不一样.
以上的分类法也不是最完善的,实际调查揭示,即使是同一种喷发类型也可能出现在不同类型的火山作用中,而同一座火山在自身的活动过程中也可能产生不同的喷发类型,甚至在同一喷发期也有时出现不同的火山活动形式.如以斯通博利型而命名的斯通博利火山,发生几次武尔卡诺型喷发；命名为夏威夷式喷发的基拉韦厄和冒纳罗亚火山,在不同时期均观测到从斯通博利型到超武尔卡诺型的喷发.
四、火山喷发指数
火山喷发中危险性最大的是爆炸式喷发,其中最大的灾害是喷发柱,因而习惯于用喷发物总质量与喷发柱高度来衡量,通常称之为火山爆发指数VEI（Volcanic Explosivity Index）.
爆发指数VEI与火山喷发能量E(erg)的关系(S De la Cruz-Reyna,1996) 为：lg E = 0.78 MVEI + 21.02
上一次VEI=7的喷发是在1815年Tambora,象这样的喷发（VEI=7）大致千年一次.长白山1199年喷发,日本北海道火山灰2-5厘米,估计喷发体积120km3,VEI=7,相当于一次9.8地震.
上一次VEI=6的喷发是 1991年6月皮纳图搏喷发,DVI火山尘幕指数达1000.再上一次VEI=6的喷发是1883年Krakatoa,象这样的喷发大致百年一次.
VEI=5的喷发如维苏威火山公元79年喷发（VEI=5）十-三十年有一次.
VEI=4的喷发如云仙岳1991年喷发（VEI=4）3-5年有一次.
长白山1668-1702年喷发140公里外火山灰3-5厘米,估计喷发体积1km3,强度VEI=4~5,相当于一次8.5地震.
VEI=3的喷发如1985年Ruiz喷发.黑龙江根据碎屑体积/总喷发体积,估计老黑山爆发指数VEI=4火烧山VEI=3 老黑山喷发柱高度1-2公里,强度VEI=2,能量相当于一次七级地震.
VEI=2的喷发如1991年云仙岳喷发.
VEI=1的喷发如1996年Stromboli喷发.
VEI 形容 喷发体积km3 喷发柱高度km 能量erg 相当于地震震级
1 微 10-5-10-3 0.1-1 6.3*1021 6.6
2 小 0.001-0.01 1-5 3.8*1022 7.2
3 中 0.01-0.1 3-15 6.3*1023 7.7
4 中大 0.1-1 10-25 1.4*1024 8.2
5 大 1-10 25-45 8.3*1024 8.7
6 很大 10-100 30-50 5.0*1025 9.3
7 巨大 100-1000 35-55 3.0*1026 9.8
8 特大 >1000 45-55 1.8*1027 10.3
五、活火山
一般来说,只有活火山才会发生喷发.正在喷发和预期可能再次喷发的火山,当然可称为活火山.而那些休眠的火山,即使是活的但不是现在就要喷发,而在将来可能再次喷发的火山也可称为活火山.那些其最后一次喷发距今已很久远,并被证明在可预见的将来不会发生喷发的火山,称为熄灭的火山或死火山.
根据哪些准则来判断一座火山的“死”或“活”,迄今并没有一种严格而科学的标准.经验上或传统上将有过历史喷发或有历史喷发记载的火山称为活火山,但这样的火山在全球有534座.但是历史或历史记录对每个国家和地区可以是很不相同的,有的只有三、四百年,有的则可达三、四千年或更长.在那些渺无人烟的偏远地区,即使是发生在近代的活火山喷发,也可能不为人所知或没有任何历史记录.例如我国靖宇以西40km的金龙顶子火山,在距今约1600年前曾发生过一次爆炸式喷发,但迄今未发现有历史记载.显然,基于历史或历史记录的活火山的定义是很不完全和不符合实际的.于是一些火山学家根据对大量活火山喷发间隔期和熄灭的火山最后一次喷发时间的统计,提出一个有一定时间条件限制的、改进的活火山的定义,即那些在过去10000年、5000年或2000年来有过一次喷发的火山,称为活火山.究竟是采用10000年、5000年或2000年,将允许根据不同国家、不同地区的具体情况而定.这一改进的活火山定义,仍然允许有例外情况,并且要求对一个具体的活火山进行评价时,能够提供该火山地下是否存在活动的岩浆房系统的证据.
但是火山的“死”或“活”仍然是相对的.有一些在10000年甚至更长时期以来没有发生过喷发的“死”火山,也可能由于深部构造或岩浆活动而导致重新复活而喷发.例如我国五大连池火山群中,大部分火山是在100000年前喷发的,但是其中的老黑山火山和火烧山火山却是在公元1719-1721年喷发形成的.
于是,在火山下面,是否存在活动的岩浆系统,就成为判断一座火山“死”或“活”的关键,怎样才能知道火山下面存在活动的岩浆系统呢?一般可根据以下现象作出初步判断：(1)在活火山区存在水热活动或喷气现象；(2)以火山为中心的小范围内,微震活动明显高于其外围地区；(3)火山区出现某些可观测到的地表形变.上述现象都是由于火山下面岩浆系统具体活动情况,则必须在该火山区布设长期地震－地形变观测台网,以及其他多种地球物理、地球化学方法进行探测.这是当该火山已被确认为危险的火山之后应当进行的基本监测和探测研究.
根据以上所述,我们可以得到关于活火山的一般概念：那就是正在喷发的或历史时期及近10000年来有过喷发的火山称为活火山.当火山下面存在活动的岩浆系统或岩浆房时,这个火山被认为具有喷发危险性,应置于现代的火山监测系统之中.