海底火山一般位于各大洋板块的底部,或是海洋深处的海沟附近,不仅完全被海水所包裹,更是要承受海拔以下的极端高压。
然而,海底火山却仍可以在这样的条件下喷出热液,搅出可怕的涡流。问题来了,海底火山的“火”为什么不会被海水浇灭?
实际上,大众对于火山的认识一直存在一个误区。虽然火山的名字里带“火”,让人下意识地以为火山就是“喷火的山”,但实际上火山并不会喷火。
那么,火山喷发,喷出的到底是啥东西?海底火山又究竟是如何克服水的制冷,顺利喷发的呢?
火山喷的不是火
火山喷发不喷火,它喷出的又是什么呢?根据我们一般的认知,可以脱口而出一个答案:岩浆。
岩浆是火山喷发物质的主要成分之一。我们都知道,自然界中的物质并不会在所有环境条件下都维持同样的形态,当温度过高时,它们往往会成为液体,如果温度再高一些,则会成为气体;而当温度降下来,它们又会变成固体。
以水为例,当温度在0℃以上,它就是我们日常生活中最常见的液态水;当温度降到0℃以下,它就会凝固成冰。如果温度又回到0℃以上,它又会融化成为液态水,而如果温度再高一些,到100℃以上,它就会成为蒸发成为水蒸气。这些温度,就是水的“熔点”、“凝固点”,以及“沸点”。
同样的道理,火山喷发时温度极高,所谓的岩浆,自然也就顾名思义,是因高温而熔化成液体的岩石。通过岩浆的成分和温度,科学家们还能还原出它“生前”的岩石类型,常见的有玄武岩熔岩以及安山岩熔岩等。
不过,正如前文所说,不同的物质在同样的温度下表现出的形态是不同的,它们拥有不同的“熔点”、“凝固点”和“沸点”。同时,我们也都知道,地球内部的结构和成分是十分复杂的。这就意味着,火山喷发喷出的物质,不会只有单纯的液态岩石,也就是岩浆。
实际上,除了液态的岩浆之外,火山喷发还会喷出气态和固态的物质。气体喷发物主要是水蒸气,它通常占火山喷发气体总体积的60%~90%。除水蒸气外,还有二氧化碳、硫化氢、氟化氢、氯化氢等气体,它们主要来自岩浆中的挥发性成分,大量接触会对人体造成伤害。
固体喷发物则是岩浆喷发过程中从地下带出的各种岩石碎屑,包括火山灰、火山砾、火山渣、火山弹和火山块等,通俗地说,就是各种大小不一、形状各异的岩石块。
火山喷发前,我们常会看到火山“冒烟”的现象,这一过程中火山口冒出的所谓的“烟”,就是气体、固体喷发物如水蒸气和岩石碎屑的融合体。它们的出现是火山活动加剧的前兆,预示着岩浆即将涌出地表。
岩浆又是哪儿来的?
我们知道,在一定温度下,一些固体的物质会熔化成为液体。那么,火山内部的温度究竟要多高,才能使坚硬的岩石熔化,成为岩浆呢?答案是1000℃左右。
酸性岩的熔点较低,在735℃至890℃之间就会成为岩浆;而安山岩的熔点略高一些,在900℃至1000℃之间;玄武岩则更是一块“硬骨头”,在1025℃到1225℃之间才会熔化。
火山内部的温度为什么这么高?要解答这个问题,我们必须追溯到地球诞生之初的模样。
大约46亿年前,目前太阳系所在的位置有一片巨大的星云发生了坍缩,其中的物质在引力的作用下开始旋转,并不断发生碰撞、聚合,最终形成了原行星盘,它就像一个扁平的、不断旋转的盘子。
在原行星盘中,物质继续发生着碰撞与聚合,逐渐形成了一些体积较大的团块,团块之间不断相互吸引并吸引更多物质,累积之下就成了原始小行星,它们
被称为“星子”。星子继续吸积物质,就成了更大一些的“行星胎”,这就是地球最初的模样。
摩擦生热,由物质不断碰撞、磨合而形成的原始地球,其结构内部天然就保有着巨大的热量。
于是,地球内部的高温使得部分物质开始熔化,又在重力的作用下,其中密度较大的物质(如铁和镍)向下沉,并最终形成了地核;密度较小的物质则向上“飘”,最终形成了地幔和地壳。由此,目前地球从内到外的结构就这么生成了:地核、地幔、地壳。
在地幔层,存在着大量的放射性物质,它们的自然反应会产生大量热能,由此使得该处的岩石熔化为岩浆。同样是由于重力的作用,比周围岩石更轻的岩浆会不断上升,最终穿过地壳,喷发至地表。这就是火山喷发的过程。
同时,在地球结构形成的过程中,由于地球上物质分布本身并不均匀,熔化后的物质在上升冷却后也不会形成完整的一体,而是分裂成不同的区块,于是不同的地球板块就这么形成了。
由于上述地幔层岩浆的流动,地球板块也会随之发生运动,过程中就不免发生挤压、碰撞。当两个板块碰撞时,其中一个较重的板块会向下发生俯冲,进入另一板块的地幔层,在巨大的冲击力的作用下,板块边缘的物质就会因为高温而熔化,形成岩浆。
同样地,这些较岩石更轻的岩浆也会不断上升,直至突破地表,形成另一种来源的火山喷发。由此我们也可以解释,在板块边缘多有火山的原因。
岩浆上升喷发后,由于地表温度的下降,熔岩和碎屑物质将会冷却成固体,当火山喷发的次数不断增加,这些冷却的物质也会不断在地表积累,逐渐才形成了我们现在所熟悉的火山的锥形模样。
当上述过程发生在海洋板块中时,海底火山就形成了。不过,海底火山喷发比起陆地火山喷发,仍然存在一些特别之处。
火山喷发成岛屿
与陆地火山喷发的过程相同,在地幔层经过累积后,岩浆会上升并在海底地壳中寻找出口。岩浆喷发后,同样会在海底火山口周围堆积熔岩和火山灰。随着时间的积累,这些火山灰同样会堆积成为锥形火山。
这一过程中,海水不会对火山喷发产生影响,因为火山喷出的不是火,而是熔岩。同时,熔岩的温度高达上千摄氏度,已经超过了水的沸点,海水自然也就无法将其冷却至凝固点以下。甚至,海水中的盐分还会提高水的沸点,使其冷却效果减弱。
如果海底火山在浅水区域喷发,通常还会引发剧烈的爆炸,大量的气体、火山碎屑和熔岩将从海底喷出,甚至突破海面,被陆地上的人类肉眼目睹。
而当海底火山喷发得足够强烈时,由于火山灰的沉积、熔岩的冷却引起的海底地形变化以及岩浆落入海中造成的水位波动则会引发海啸。例如,2022年1月的汤加海底火山喷发就引发了大规模的海啸。
这次事件被认为是本世纪以来最强烈的海底火山喷发之一,影响了所有环太平洋的国家,例如日本和美国,期间检测到的最大海啸波幅达到了1.5米。据说,火山喷发时的巨大声响远在美国阿拉斯加都可以听到。火山喷发时的烟柱高度则更是超过了惊人的10000米。
值得一提的是,当海底火山喷发的次数累积到一定程度之后,其堆积的火山灰以及冷却后的熔岩最终将突破海面,形成火山岛。位于太平洋中部,地球板块运动活跃处、地幔“热点”所在之处,著名的夏威夷群岛就是由一系列火山喷发而形成的火山岛。
位于其中的摩罗基尼坑火山口则更是一个著名的景点。火山喷发物的累积最终使得这处形成了一个新月形的岛屿,外观独特,吸引了无数潜水爱好者前来造访。
这就是大自然造物的神奇之处,在地表上平稳生活的我们,几乎无法想象我们的脚下其实每时每刻都有岩浆在涌动。而随着科技的发展,火山喷发——曾经对于人类来说是无可抵抗的灭顶之灾,现在却反而成了我们开始理解地球内部的切入点。这同时也是人类文明发展历史的神奇之处。