科学

爆华绽放——火山

文/张雨晨

导言

2022年1月14日，位于南太平洋岛国汤加境内的洪阿哈阿帕伊岛火山发生了猛烈的喷发，产生的火山碎屑遮天蔽日，火山灰云从太空中都清晰可见。随后引发的巨大海啸，更是席卷了周边的整片海域，导致多人伤亡。有科学家估算，这次火山喷发释放的能量，相当于数百颗广岛原子弹。时至今日，这次火山喷发指数1暂定5级的灾难已经大体上尘埃落定，但它对我们生活的影响，却刚刚开始……

红莲业火

天地之间很少有事物，能像火山一般体现自然的伟力。

火山爆发，是地球这类岩质行星地壳破裂后逸出熔岩、火山碎屑和气体所产生的地质现象。火山的英文名volcano，直接来源于罗马神话中的火与锻造之神伏尔甘（Vulcan）。由火山赋予原始灵感的“业火地狱”，更是成为几乎所有人类神话的“标配”。

那么，火山是怎么形成的呢？为何深埋于地下的熔岩会突破地表、喷薄而出呢？

这就要从我们脚下的地球说起了。

地震发生时，巨大的能量如同投入池塘的石子，在地球内部形成不断扩散的地震波。而地球内部的各层介质，也会在交界处对地震波进行反射、折射并影响其信号特征。通过监听这些大地深处的回响，再对其进行数学分析，科学家们就可以逐步测算出地球深处那些人类至今无法亲眼一见的恢宏巨构。

地球的最深处，是一颗堆积着大量重元素、持续进行着放射性同位素衰变的“熔火之心”——内地核。包裹其外的，就是以液态铁与镍为主要成分的“地下海”——外地核。而在总半径三千四百七十千米的地核之上，就是火山的“故乡”——厚达两千八百千米的地幔。填充在这片庞然地下空间的巨量岩石，被地心持续加热，呈现固液混合的熔融态。至于地球约六千三百七十千米半径中最外侧的几十千米，则是固态的岩层——地壳，也就是我们一般认知中的“大地”。

目前人类所能进行的一切挖掘与钻探活动，都只局限在这层相对地球来说薄如蝉翼的“石膜”之中。人类迄今为止的钻探深度记录，是苏联时代一次深“达”一万两千多米的尝试，却连地壳都远远没能打穿。

但是，对于地球深处那些远超人类极限的伟岸力量来说，这层顶了天一百多千米厚的岩石壁垒，就真不算什么了。

大地的裂变

我们脚下的大地并非“铁板一块”。

目前的地质学研究表明，地壳分为十六个大型板块，以及若干小板块。它们就像浮在地幔大海上的巨型方舟，随着下方韧性地幔缓慢但势不可挡地对流漂移，这些板块间不断挤压摩擦的边界区域，就是地幔最容易突破的薄弱环节，因此成为火山的多发带。

由于大多数板块彼此交锋的“战线”都位于海底，地球上的大部分火山，其实都隐身于海洋的深渊之中。其中少数巨大到足以突破万丈波澜的庞然巨兽，才成为挺立于大洋之中的火山岛（如冰岛、夏威夷和汤加等）。

比如说，距离我们并不遥远的“环太平洋火山带”，就是由欧亚板块和美洲板块“两面夹击”太平洋板块形成的。北美西海岸、东南亚和日本的大量火山，都是这个巨大“火圈”的组成部分。

相对于板块挤压汇聚，板块的分离同样会造就一连串的火山，成为地幔不断上涌补充的板块“生长线”。在大西洋深处，由于板块分离扩张，形成了这样一条如尘世巨蟒般南北贯通大西洋的巨型海底山脉——大西洋中脊。而在人类的故乡——非洲大陆，一道“东非大裂谷”也同样造就了一批火山，其中最为知名的，就是让海明威等文坛硬汉魂牵梦萦的乞力马扎罗山。

此外，还有一些火山，似乎出现的位置并不按常理出牌。比如说位于太平洋正中的夏威夷火山，还有位于北美大陆正中的黄石火山。对于这些火山的成因，科学界目前没有定论。一种相对被更多学者接受的理论认为，这些火山下方，是从接近地核的地幔深处拔地而起的巨型地幔柱。当这些足有三千千米高的岩浆巨龙接近地表时，就会在正好漂到它们头顶的板块上形成一个“热点”，并可能进一步突破地壳形成火山。由于岩浆储备直通地幔深处，这种地幔柱的爆发威力非常巨大，甚至能够喷出足以覆盖几十上百万平方千米的熔岩洪流。而当板块在这样的地幔柱上持续漂移时，就会如同遭受巨型光剑斩击的宇宙战舰装甲板，留下一连串已经移开热点的死火山，凭空形成一条巍峨的山脉。

通过检测火山下方的这些地质结构，人类也对火山的活动状态进行了划分。

首先，是在近代记录中有过明确喷发记录的“活火山”，这些火山虽然可能暂时处于“瞌睡”状态，但其下的地幔活动一直非常活跃，可谓随时准备“起床搞事”的“危险分子”。

其次，是已经上千年没有喷发记录的“休眠火山”。不过，相对于动辄以“万年”为单位的地质演变而言，几千年不过弹指一挥间。因此倘若这些火山突然“重出江湖”，那也不要大呼对方“不讲武德”搞偷袭。

最后，是科学家探测后确定下方已经“熄火”的“死火山”。这些火山由于彻底失去了地幔的供能，因此不太可能在可预见的未来再次喷发。英国的爱丁堡城堡，就建在一座死火山的山顶，直接将火山口作为天然的高台地基，从而借助独特的地利，成了易守难攻的坚城要塞。在我国，这样的操作也并不鲜见，比如安徽枞阳的浮山中学，就建在一座因为盛产多孔火山岩（俗称“浮石”）而得名“浮山”的死火山上。

火之巨人

火山终究是毁灭的化身。

在记载北欧神话的两部《埃达》史诗中，当世界迎来“诸神黄昏”时，辈分堪比始祖巨人尤弥尔的火焰巨人苏尔特尔，会率领由火焰巨人、冰霜巨人和巨型魔物组成的灭世大军攻入阿斯加德神域，并在力战而亡的最后时刻，用手中的烈焰魔剑将整个神域连同世界树一并付之一炬。

显然，火焰巨人的原型，就是让维京硬汉们都敬畏有加的火山。而火山的破坏性，也无愧人类在神话中为其演绎的灭世烈焰想象。

甚至随着科学研究的进步，我们发现火山要比先民们最不羁的想象更为恐怖。

公元79年，罗马帝国庞贝城边的维苏威火山爆发。从天而降的巨量火山碎屑，瞬间将整座城市掩埋。除了极少数提前逃往城外的幸运儿，全城的贵族、公民和奴隶全都无分贵贱地迎来了命运的死亡裁决。

是的，在火山的喷发物中，相比于视觉效果拉满但流动速度缓慢、破坏范围有限的红热熔岩，反而是看似“气氛组”的喷发气体以及火山碎屑对人类生活有着更为直接的破坏力。这其中，颗粒直径在两毫米以下，甚至只有几微米的火山灰，危害尤其广泛。这些微小颗粒能够乘着火山喷发带起的局地强风快速扩散，将方圆几十上百千米的范围全都化为覆盖着厚重“热雪”的“寂静岭”。这些灰烬覆盖了植物叶片，会阻碍光合作用导致大面积的植物死亡；而被动物吸入后，其中的大量微型玻璃碎片也会对呼吸系统造成持久的损伤；甚至就连钢筋铁骨的航空发动机，都会被吸入的微量火山灰磨蚀，甚至引发事故。因此，在一次大型火山爆发后，很多航班的运行都会受到影响。

这些细小的火山灰也可以乘着大气环流在全球范围扩散。挪威画家爱德华·蒙克在世界名画《呐喊》中所描绘的“血色天空”，就是因为1883年印尼喀拉喀托火山爆发后大量火山灰涌入全球大气而形成的（蒙克在笔记中提到这幅画来自对1884年的回忆）。

而当火山喷发的规模更大一些时，进入大气的巨量火山灰与硫酸盐形成气溶胶，会导致降温、酸雨等一系列生态灾难。1815年，印度尼西亚的坦博拉火山发生了近代历史记录上最强烈的火山爆发，火山喷发等级（VEI）被定为7级。这次剧烈的喷发将一百六十至二百一十三立方千米的喷发物质甩入大气层中，并导致随后的1816年出现了全球范围的降温、农业歉收与大饥荒。在后世的史书中，1816年甚至被称为“无夏之年”。

不过，即便是这样的7级爆发，在地球历史的尺度上看依然只是“小场面”。

以“对地球生态系统的破坏”的标准看，在直接关系到人类诞生的最近五亿年生命演化史上，最具毁灭性的火山浩劫当属留下了“西伯利亚暗色岩”的二叠纪末火山喷发。这次始于两亿五千万年前的剧烈喷发持续了大约两百万年，喷出的四百万立方千米熔岩如洪流般席卷大地，最终在如今的西伯利亚荒野上铺开，形成了一片面积七百万平方千米、平均厚度五百七十多米的巨大玄武岩层（大火成岩省）——西伯利亚暗色岩。而相比于破坏面积终究有限的岩浆，遮天蔽日的喷发碎屑和气体，成为导致全球生态浩劫的黑色死神。科学家通过化石记录断层推测，二叠纪末的这次大灭绝，一口气消灭了当时全球95%的物种，堪称演化史上五大灭绝事件之首。

此外，在西伯利亚大暗色岩形成的前一千万年、距今两亿六千万年时，我国峨眉山地区也爆发过一次规模“相对较小”的暗色岩事件，造就了面积三十万平方千米（接近一个云南省大小）的大火成岩省，并在二叠纪中后期引发了一次不大不小的中型灭绝事件。

这种超大规模的喷发，一般被科学界认为最有可能来自上文提到的巨型“地幔柱”。而现实中，巨大到看不出山体的黄石火山，就有可能连接着一条灭世巨龙般沉睡的地幔柱。虽然目前的地质观测表明，黄石火山依然处于持续时间大约七十万年的稳定休眠周期中，但其一旦觉醒所爆发的毁灭之力，依然是整个人类现代文明都无法承受的。

说回二叠纪大灭绝。经过峨眉山和西伯利亚暗色岩事件这两次灭世天灾，我们哺乳动物的先祖、原本在二叠纪独步天下的合弓纲动物，遭受了毁灭性打击，丢掉了地表生态霸主的宝座。从此，由寒武纪开始的漫长古生代结束了。以恐龙为代表的蜥形纲动物，开始统治大地、海洋甚至天空。巨龙的时代——中生代，在西伯利亚暗色岩的地狱烈焰中，拉开了大幕。

湿婆之舞

西伯利亚暗色岩事件后一亿八千万年，白垩纪末期，恐龙王朝在挺过中生代的多次中小型灭绝事件后，又一次回归全盛状态。

但也就在此时，我们的直系先祖、作为合弓纲孑遗之一的中生代哺乳类，终于在苟且亿万年后，迎来了伴随着巨大风险的绝地翻盘时刻。而拉开这场大戏序幕的，居然又是一次暗色岩事件。

6700万年前的白垩纪末期，印度次大陆德干高原上的火山群，开始了长达四百万年的持续喷发，累计形成了面积五十万平方千米、厚达两千米的大火成岩——德干暗色岩。这次喷发事件与随后来自宇宙深空的希克苏鲁伯陨石一起，联手葬送了如日中天的恐龙王朝。经此一劫，恐龙家族几近全灭，只剩极少数鸟类种群作为后裔；同时灭绝的其他各类物种，更是不计其数。经估算，白垩纪末期大灭绝消灭了地球上大约80%的物种。挺过这次难关的哺乳类，也终于在尘埃落定的新生代中，重拾了合弓纲祖先的辉煌。可以说，我们人类的先祖，早在还是“小耗子”模样的时代，就已经与火山结下了充满爱恨纠葛的不解之缘。

但对于火山本身来说，它们的喷发活动，从来就只是单纯的自然现象。正如印度神话中以舞蹈毁灭旧世界，又创造新世界的“大天”湿婆，火山的巨大能量，对生态系统既是毁灭，也是洗牌，甚至是新生。

比如说，遇上全球气温暴跌的冰河期，大规模火山喷发能打破持久严寒带来的生态危机。在距今二十多亿年前的太古时代，地球就曾因为原始单细胞生物突变演化出了“产氧光合作用”能力，导致大量氧气涌入彼时弥漫甲烷与二氧化碳的地球大气，最终在各种其他因素的参与下，引发了可能是地球形成以来最极端的大冰期——休伦冰期。在这场持续了整整三亿年的漫长寒冬中，厚达数百米甚至上千米的苍白冰川，如同亡灵军团一般，将整个地球包围在惨白的死寂冰盖之下。当今所有生命共同的单细胞生物远祖们，只能在千仞寒冰之下的黑暗深海中苟延残喘，甚至可能因为无法使用阳光作为能源，而必须依赖相当于小型海底火山的矿物热泉。

而最终拯救生命演化死局的，就是大规模的火山爆发。在地球随后的漫长历史中，类似的“冰与火之歌”不止一次地奏响过。

当然，火山对人类的帮助可不只是对老祖宗们的“救命之恩”。

喷发时令人恐怖的火山灰和熔岩，在冷却、风化粉碎后，可以形成最肥沃的土壤。整块的火山岩，更是现代钢筋混凝土出现以前的优秀建材。在农业时代，为了这些便利而冒险生活在火山周边的人类城镇屡见不鲜。遭受维苏威火山灭顶之灾的庞贝古城，就是这样一个“富贵险中求”的典型。此外，火山可以将大量的地下物质翻涌出来，从而为矿脉的形成创造有利条件。而火山脚下的地热能，也开始被人类视为一种潜在的绿色能源。

此外，火山灰的瞬间掩埋能力，也可以为古生物学留下大量完整精美的化石标本。我国辽宁西部出土的小盗龙、长羽盗龙、近鸟龙等鸟类起源关键化石证据，就是该地区侏罗纪晚期-白垩纪早期火山频繁活动的杰作，可谓我国古生物学国际领先的重要“家底”。

当我们把眼光从大地转向天空，也会发现火山熟悉的身影。当我们欣赏皎皎明月时，那些月面上赋予先民无限遐想的暗影，就是月球火山在上古时代剧烈喷发留下的月球版“大火成岩省”——由几十万甚至几百万平方千米凝固熔岩形成的广袤平原——月海。在更遥远的火星上，曾经猛烈喷发的奥林匹斯山，更是以“倍杀”珠穆朗玛峰的两万一千九百米高度，稳坐全太阳系第一高峰的宝座。

火山，不管在地球的历史上，还是在浩渺的宇宙中，都只是一种再平常不过的现象。

让我们以《怪物猎人：世界》中的一段奇幻故事结束今天的旅程：

身负整座火山的巨型古龙——熔山龙，在临近寿终正寝时，试图步入大陆的地脉深处。但为了避免熔山龙死后释放的巨大能量顺着地脉危及整片大陆，古龙调查团的猎人们使尽了浑身解数，终于将它引向了远离地脉核心的海洋。最终，熔山龙如落日余晖般安然逝去，化为一片滋养万千生命的乐土。

【责任编辑：阿吾】

1 火山爆发指数（Volcanic Explosivity Index，简称VEI），1982年由美国地质调查局的纽豪尔教授（Chris Newhall）和夏威夷大学马诺阿分校的斯蒂芬·塞尔夫（Stephen Self）提出，以喷出物体积、火山云和定性观测来量度火山爆发的强烈程度。