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火山是怎么形成的？

高中《地理》（人教版2004年印）第61页还贴了一幅火山岩浆喷发图，显示岩浆是从沉积岩中喷出的，这样的示意图令人费解。就算是绘图人弄错的，可课本也该用文字告诉学生火山喷发的原因啊？我们在117--118页上总算看到了真正的火山，但还是没有发现有关火山成因方面的阐释。当然，大英百科全书上有解释，后来中国人又把这种西方见解抄袭到了《十万个为什么》一书里，连小学生都已经知道火山喷发是地球的自然现象。可我要多嘴一句，这些西方人的解释不仅是错的，也是在糊弄他们自己。下面是我《地球大揭秘》一书里的观点，请新同学对照《十万个为什么》里的解释，看到底谁讲得有道理。

一、火山的成因

人类无法钻穿地壳，但地壳自身却百孔千疮，火山遍布全球，不时喷发大量气体和岩浆，人们便可通过这些天然“窗口”来窥探地底的秘密。令人不解的是，地幔岩浆离海沟沟底最近，为什么火山口不在海沟，而在海岭和高山之颠呢?这显然不能用“水往低处流、火往高处走”的原理来解释，因为岩浆熔液比水更重，更有理由留在低处。是什么力量把它送到山顶的呢?这就是火山的成因问题，图47描述了火山孕育形成的过程。
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〖ＴＰＫ４７，＋８８mm。９６mm，ＢＰ＃〗
〖ＴＳ（〗〖ＪＺ〗〖ＨＴ５”Ｈ〗图〓47〖ＨＴ〗〖ＴＳ）〗

在山体中，地壳与地壳相挤在一起，地壳间便留下了大量的缝隙，当山体底部出现负山谷时，负山谷中就会封藏大量气体(含水蒸汽、硫、二氧化碳、甲烷等)。当洋流对山体的水平推力时大时小、时紧时松时，导致山体本身上下波动，加上固体潮汐也在使山体上下波动，当洋流与潮汐引起的上下起伏波叠加在一起时，山体出现最大波幅。当山体大幅度抬高时，山谷内的气压降到最低，但当山体大幅度下落时，负山谷内的气压达到最高点。当某一次高压突然冲破地壳膜时，负山谷内的高压气体夹带着岩浆，顺着山体缝隙冲出山体，此时火山首次爆发。

一旦负山谷内的气体冲出，原高压气仓对山体的浮力消失，山体的重力加大，更加往下坐。这样一坐，负山谷内的表层岩浆便被压出，形成第二次火山爆发。喷出的熔岩冷却并落在山顶，这又加重了山体的重量，当下一次地壳落潮时，更重的山体又一次下坐，又喷出一部分岩浆，这又使山体加重。火山爆发前，高压气仓的强大浮力不仅使火山口抬高，而且使周围近百公里半径内的地壳高。当高压气仓破裂，浮力消失，附近地壳也连接着气舱壁向岩浆洋下沉。气仓壁每下沉寸，都会泵出一部分岩浆，形成间歇式火山爆发。这样间歇式地喷发一段时间后，山体与附近地壳下坐到一个比较适当的高度，虽然仍在固体潮起伏，但负山谷内的岩浆只能在山体缝隙(即火山通道)中上窜下落，喷不出地表。

再过一段时间，山体垂直重力、山根浮力与洋流水平推力重新达到平衡，一般地壳起伏波已不能使负山谷内产生高压，此时地壳膜重新合拢，火山熄灭或休眠。若干年后，洋流改向或把更多的海底地壳推到山顶，使山体加重或减轻，负山谷中又积累了许多新来的气泡(从地幔中来的气泡)，使山体的浮力加大。一旦负山谷内的气压再次把地壳膜压破，火山再次爆发，这被叫做“火山复苏”。如公元79年的维苏威火山的再度爆发，掩埋了庞培和赫库尔兰努姆两城，那次便是复苏的火山。如果火山底下的负山谷被熔解，或任何一壁被熔解，失去储气的条件，这时的火山才算永久性地死亡。

由于山体中的构造不同，火山爆发的形式也不尽相同，如果被压在负山谷顶层的是由煤层干馏出来的甲烷气体，在火山爆发的瞬间，高温可燃气体突然与山体上层缝隙中的氧气接触，就会发生强烈的爆炸。如1883年8月26日，苏门答腊与爪哇岛之间巽他海峡的喀拉喀托火山第一次喷发时，同时发生爆炸，把山头20立方公里的岩石抛向空中。

但在更多的情况下，被压在负山谷顶部的是硫、磷、硼、硫化氢、二氧化碳、一氧化碳、氟、氯、水蒸汽气体。这些气体主要是山根熔解后被置换和释放出来的，少量的气体是从地幔岩浆深处浮升上来的，它们聚积成一团团气泡，随地幔岩浆流动，随时寻求地壳膜的裂缝冲出地表。如海盆、海沟中冒出的气泡，平原和山地冒出的含硫气体等。然而一旦这些气泡流入负山谷，就失去了在流动中寻找出口的机会，它们只有把力量积累到某时某刻火山爆发时，才能一起冲出地表。

由此可知，负山谷是火山孕育的首要条件，如维苏威火山从公元79年到1944年3月12日共复活喷发过10次，平均约间隔2个世纪就喷发一次，说明火山底部有负山谷存在，不然不可能总是在一个地方喷发。负山谷是众多山根中的一种特殊的地形形态，而只有散热条件良好的山脉底下才可能有山根，平地和海底的平原不会有山根，也不会有负山谷，故不可能孕育火山，火山总是分布在山地。

另外，山体重力是把岩浆压出的动力，没有下压的山体重力，便没有足够的力量把沉重的岩浆“泵”出地表，而平原与海底对地幔岩浆的压力小，而且作用力是均衡的。即使有大团气泡浮来，也形不成一个突破点，故形成不了火山。

其三，地壳中的缝隙是岩浆喷出的通道，而只有山脉、海岭的地壳是折叠的，存有大量缝隙。而一般海底与平原的地壳是水平的，中间没有缝隙，岩浆和气体找不到一下子大量冲出地表的通道。以上三种因素决定了火山的分布，它依赖着山体、海岭而存在，故平原、海沟、海盆中没有火山。

二、火山的类型

火山既然分布在山脉与海岭区域，它与地球的造山运动便不可能没有联系，在地壳轮回的三部曲中，火山也表现为三种不同的类型。第一类属于“造山型”火山，主要分布在南北美洲和澳洲哑铃构造的两侧，和东亚大陆架边沿岛区。包括科迪勒拉山系一线的奥里萨巴火山、科托帕克希火山等，新西兰的鲁阿佩胡火山、苏门答腊岛的葛林芝火山、爪哇岛的赛马鲁火山、阿贡火山、堪察加半岛的克留赤夫火山和日本、台湾及菲律宾的火山群。这类火山的主要特点是：其孕育和爆发的条件伴随着整个造山运动，复活机会大，能量一次比一次大，并随山体的增高而更趋活跃。但因造山运动在不断地改变山体底部负山谷的位置与形态，故它们的喷发地点往往不断地转移。

第二类属于“坍塌型”火山，它主要分布在原亚非山系一线，包括东非高原的梅鲁火山、1977年1月7日复活的扎伊尔尼拉贡哥火山、维苏威火山、1979年8月3日复活的西西里岛埃特纳火山、1951年5月27日爆发的中国新疆于田火山等。这类火山的特点在于它孕育和爆发的过程都伴随着整个山体的坍塌，尽管它们复活的机会大，而且多是原地复活，但它们往往越喷越矮，能量一次比一次小，慢慢随山体的下沉而消亡。

第三类属于“海岭型”火山，它们主要分布在各大洋中脊一线，主要包括夏威夷群岛上的火山和附近的海底火山。其主要特点与新地壳的诞生相联系，其形成原理与前两类有所不同，它们多不具有强烈喷发的特征，而是缓缓溢出，有的喷出少量气体后，岩浆像泉水一样涌出，溢出的岩浆总量较大。

海岭型火山多为平顶或平缓的堆形，而前两类火山多为锥形，喷发时多以含硫气体和水蒸气为先导，并将山体缝隙和山腔中的土壤吹出，形成大量的火山灰，随即喷出熔岩、火山弹、火山渣，温度在1000℃左右，但喷出的岩浆量不会很大。

火山是大多数行星和大的卫星所共有的现象，在无水卫星中，火山活动塑造了它们的地壳外貌，它们形成的原理与地球的火山基本一致，但喷出的物质及其温度却大不相同，留待下篇专述。

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三、地震波与地幔的分层

目前，地震波是了解地底情况的最有效途径，地震波是一种弹性波，它包括体波和面波。其中体波又分为纵波和横波，纵波传播速度最快，所以在地震波记录带上它最先到达，它的周期较短，振幅较小，一般用字母P表示。而横波速度较慢，振动周期较长，振幅较大，常用字母S表示。面波是沿地壳层面传播的波，浅源地震的面波周期长，振幅大，破坏性也最大，但深源地震的面波很小，面波的传播速度最慢，通常用L表示。

由于P波和S波的传播途径穿过地球球体，地球内部物质的密度与物态便通过它们的传播速度表现出来。一般密度越大，越接近刚体，传播速度越快。密度越小，越接近流体，传播速度越慢。即P波和S波的传播速度V与地内物质密度Q和物态的硬度H的积成正比，即：V＝Ｑ•Ｈ。

根据这一原理，地震学家便在大量地震波传播资料(记录带)和数据的基础上，绘出地球内部地震波传播速度分布图，见图48。图48中，地壳膜(即莫霍面)至700公里深度间，P波速度是8～10公里/秒，其密度在4～6克/厘米3，物态为液态岩浆，构成上地幔，火山口喷出的物质就是上地幔表层的岩浆。

700～2891公里深度间为P波的最高速度层，其密度最大，并成固体状态。其中700～2740公里深度间的P波速度是10～12公里/秒，主要由固态的硅铁元素构成，平均密度6～8克/厘米3，2740～2891公里深度间的P波速度是12～136公里/秒，主要由呈固态的铁、镍、锌、铅等重元素的合金及其混合沉积物构成，平均密度在8～11克/厘米3。这一固态层就是中地幔，有时也叫外核或“地下之地”。地球一半以上的质量就集中在这一圈层，它在地内的运动是造成潮汐的直接原因。

〖ＴＰＫ４8，＋65mm。88mm，ＢＰ＃〗
〖ＴＳ（〗〖ＪＺ〗〖ＨＴ５”Ｈ〗图〓48〖ＨＴ〗〖ＴＳ）〗

2891～2911公里深度间的P波速度是8～10公里/秒，称为“古登堡低速层”。它的构成物质同火山口喷出的物质相类似(原因见后)，主要由硅镁、硅铝、硫、少量氯、氟、等构成，密度在4～6克/厘米3之间，它是一个液态圈层，是地球的下地幔。2911公里以下是地核，地核的状态在下章专题讨论。显然，前面的分层与现代地学的地球结构有明显的区别，但这完全是以地震波的实际传播速度为依据的。现代地学立足于牛顿的引力理论，认为越是接近地球中心，物质密度越大，地震波的传播速度也会越大，地震波的传播速度应与地球深度成正比。然而实测的结果已经否定了这样的推论，故必须以实际测定结果为依据。

现在实测的地幔圈层结构，可在地球演化史中找到根据，它是地球“第9次心体分离”的产物(见下篇)。上、下地幔液态岩浆圈层的存在，使地壳、中地幔、地核三固态圈层相互分离，三者是内外包含又相对独立的悬浮天体，地核、中地幔在岩浆内部的悬浮位置、形态、转轴、转速及其对整个地球运动的影响等都还属于未知。

四、地球大磨与岩浆的成因

地内为什么会有液态岩浆?它为何不以刚体形态存在呢?现岩浆所蕴藏的热量源于何处呢?这便是地幔岩浆的成因或热源问题。使岩石熔解的热量不可能来自太阳的辐射，因为辐射引起水的蒸发只能使地球降温，它也不可能来自地底的所谓核反应，地震波并没反映地内有热核反应的区域特征。

其实，当伽里略发现沿斜面滚下的小球变热了，并证明这种热由小球的重力势能转化而来的时候，地球体内高温的来源问题就已经有了答案，因为地球向太阳掉落的势能同样会转化为热能(见下篇)。现要讨论的是，地球向太阳掉落的重力势能是通过什么途径转化为内部热能的。

现天文观测已经揭示，地球自转的速度并不均匀，如上半年慢0.03秒，下半年快0.03秒，这是因为洋流对地壳的总推力时大时小造成的。如果地球以前没有岩浆层，是一只刚体球，地壳要把洋流加速或减速的力矩传递给地核，必须通过6378公里(赤道半径)长的力臂。这如同推磨，外力矩一会儿把磨推快，一会儿向反方向把磨拖慢，来回推拖，磨臂上就会产生一种静摩擦力，静摩擦力就会在磨臂内部转化成为热能。当中部的热量聚积到一定程度，刚体地幔中熔点最低的两圈硫(熔点是113℃)沉积层率先熔解，随着熔解面积和范围的扩大，使地幔这一刚体力臂被熔断。

地幔中出现这两个“力臂”断层之后，地核、中地幔与地壳便分离了，原外力矩造成的静摩擦转化为地核、中地幔与地壳之间的滑动摩擦。内圈地核犹如磨底，外圈地壳如同磨盖，随着地球这只大磨几亿年的旋转，滑动磨擦的热能长期地积累，使二氧化硅等岩石相继熔解，形成岩浆。岩浆层面逐渐增大增厚，地核变小，地壳变薄，使古冰川熔解，并继续通过海洋蒸发散热，显示出整个地球的体温不断上升的总趋势。

因地核这个磨心有避日趋月的现象(见前“潮汐的成因”)，每逢朔、望，磨心向月亮方向挤靠得最紧，与地壳这块磨盘的内部摩擦阻力加大，地幔中所转化的热能也最多，故岩浆热量Q的产生与地核偏心率E成正比。同时，外力矩(西风洋流推力)F的增大，地壳与地核角速度差值L的增大，都会导致岩浆热量的增高，即：Q=F•E•L从岩浆成因的原理可看出，日、月与地核的电磁作用力，太阳风对大气、海水的机械作用力，地球自转角动量的增减等都没有白白地消失在地球内部，而是在不断地进行能量转化，地球一直忠实地遵循着1744年俄国罗蒙诺索夫提出的能量守恒和转化定律。但以上所有的力都离不开地球向太阳掉落的重力势能。因为向太阳掉落才能形成地球的公转轨道，地球绕日公转时才能遇到太阳风的侧面阻力并由此而产生自转，自转才能使地球的大磨磨动，磨动才能产生热源，使岩石熔解成为岩浆，故推动地球大磨旋转的原动力还是来自太阳。

雷元星 2004-9-10贴于超超网