超级火山的威力有多大?

许建东

“火山”（volcano）一词，来源于上古的希腊神话。神话中的火神是赫斐斯塔斯，他代表着燃烧、发光和火焰。后来赫斐斯塔斯摇身一变，成了罗马神话中的乌干火神，这位众神中的锻工，为奥林帕斯山的锻炉装配了工具，浓烟滚滚的山口是乌干的熔炉烟筒。人们认为，火山喷发时的隆隆爆炸声，是乌干在锤击铁砧；而火山口冒出的阵阵喷火和滚滚浓烟，则来自他的熔炉。而古代文献里最常见的一种说法是：意大利西西里海附近的一个名叫乌尔卡诺（Vulcano）的火山岛，就是乌干的熔炉所在地。

火山的“死”与“活”

按照活动性的差异，火山可分为3种类型：活火山、休眠火山、死火山。活火山主要指正在喷发和预期可能再次喷发的火山；休眠火山指的是曾经喷发过、现在处于休眠状态，将来可能再次喷发的火山；而死火山，则是指那些最后一次喷发距今已经很久远，并被证明在可预见的将来不会喷发的火山。

火山的“死”与“活”是相对的。传统上，人们将有过历史喷发或有历史喷发记载的火山称为活火山。但是，在不同国家和地区，历史或历史记录可能大相径庭，有的国家或地区只有三四百年，有的则可长达三四千年，甚至更久。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，也可能不为人知，毫无历史记录。显然，基于历史或历史记录的活火山定义既不完整，也不符合实际情况。于是，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，一些火山学家提出一个有一定时间条件限制的、得到了改进的活火山定义，即根据不同国家、不同地区的具体情况，把在过去1万年、5000年或2000年以来有过一次喷发的火山，称为活火山。但实际上，火山下面是否存在着活动的岩浆系统，是判断一座火山“死”与“活”的关键所在，因为这是火山喷发的物质基础。一般认为，在活火山和休眠火山下面，都存在着一定规模的活动岩浆囊系统；而位于死火山下面的岩浆囊系统，由于缺乏岩浆补给而变得枯竭和不活动。

目前，地球上已发现的死火山约有2000余座，活火山共有523座，其中陆地上有455座，海底有68座，主要集中分布于世界四大火山带：环太平洋火山带、大洋中脊火山带、东非裂谷火山带和阿尔卑斯-喜马拉雅火山带。

在历史上喷发过的已知超级火山中，有的已经“死”去，而有的还“活”着，或者仅仅处于休眠状态。

如何度量火山喷发威力

要了解超级火山的无比威力，那就得先了解火山爆发指数。与人们熟悉的地震一样，火山活动也是地球内部能量释放的一种表现方式。地震由震级来度量，不同震级代表不同地震所释放的能量大小，震级越高，地震所释放的能量就越大。火山亦如此。火山喷发中，危险性最大的就是爆炸性喷发，其中最大的灾害是喷发柱，因此科学家现在习惯于用喷发物总质量与喷发柱高度来衡量火山释放的能量，这种量度便通常被称为火山爆发指数（Volcanic Explosivity Index，简称VEI），爆发指数越高，火山所释放的能量就越大。

从火山爆发指数VEI表中可以看出，火山爆发指数每增加1个单位，其释放的能量就增加近1个量级，而其喷发周期也将相应延长，原因显而易见，大型喷发需要更长时间来积累能量和补给岩浆，也许沉默得越久，就爆发得越厉害——超级火山尤其如此，它拥有超级岩浆囊，喷发周期超长，以酝酿规模特大的超级喷发。

蛰伏的超级火山

所谓超级火山，是指火山爆发指数（VEI）达到8的火山，它的威力令人惊骇：喷发体积达到1,000立方千米，喷发柱高达45千米以上。最近研究成果显示，目前地球上至少发生过47次这种超级火山喷发事件，其中有42次发生在始新世晚期以来（距今约3600万年）。最古老的一次超级喷发，发生在中奥陶世（距今约4.54亿年），根据对北美和欧洲大陆上发现的火山灰的研究估算，该次喷发物的体积在1500立方千米以上。

美国的黄石火山也是一座超级火山，200余万年来，发生过3次超大规模的喷发。在每次灾变性事件中，超大体积的岩浆冲破地表，猛烈喷发而出，并以炽热的浮岩、火山灰和气体的混合物形式释放到大气中。这些混合物还形成火山碎屑流，涌向四面八方，如此大体积的岩浆，在火山的地下产生了迅速抽空作用，造成地面大面积塌陷，吞没了上覆群山，造就了宽阔洼地状的火山沉陷，形成了黄石国家公园的宏伟地貌景观。黄石公园的平均海拔高度达2438米，边缘更是高峻雄奇，其间峡谷纵横、瀑布飞漱，它能成为世界上最伟大的天然公园之一，正是火山的杰作。

210万年前，黄石火山第一次喷发，喷出的岩浆量达到2450 立方千米，火山灰覆盖了今天美国国土的1/2。这是地球上五大喷发之一，形成的破火山口直径大于100 千米。130万年前，它再度喷发（VEI=6），造就了位于黄石国家公园西侧的岛公园之内的亨利福克破火山口，形成了另一片广泛分布的凝灰岩。64万年前，黄石地区第三次超级喷发，造就了80 千米长、55 千米宽的黄石破火山口，破火山口塌陷陡壁高度在50 米以上，喷发物体积达到1000 立方千米，向大气层中抛出了体积巨大的火山灰，在远离黄石的爱荷华州、路易斯安那州和加利福尼亚州，都可见到这次喷发的产物。

目前，黄石公园到处点缀着间歇泉和天然温泉，地面散发的热气比北美洲平均高出30~40倍。这股热气驱动了黄石公园里最吸引游客的热液景点，即世界上最壮观的间歇泉、温泉、泥沸泉和热蒸气喷出口。地下水经过地下深处的炽热岩浆囊加热后，沸水中的蒸汽通过地壳的许多裂隙到达地表，形成了这些星罗棋布的温泉。7.5万年以来，尽管黄石火山没有发生过大规模熔岩或火山灰喷发，但科学家从广泛分布的温泉和由监测台网所得到的信息表明，该火山并没有死亡，仍存在大喷发的危险。

那么，这个“超级火山”将在何时爆发呢？目前，对全世界的火山学家来说，爆炸性火山的预警仍然是个挑战。对火山活动的早期发现，主要依赖于地震活动、地表变形的异常增加，以及某些指标性的地球化学元素含量的异常变化。这些要素变化的实质，就是岩浆系统压力的变化和岩浆的运动，确实为我们提供了火山喷发的一些前兆性信号。但是，爆炸性火山两次喷发之间的间歇期，往往长达几百年乃至上千年，甚至更久；而长期休眠后的火山喷发前兆形式大相径庭，即使同一座火山的不同喷发，表现出的前兆形式也有所不同，如日本有珠火山，先后在1910、1944和1977年喷发过3次，但喷发前的表现形式均各不相同，因此，对爆炸性火山而言，没有可以适用的普遍规律。我们需要对每座火山、每次喷发进行具体的监测与分析研究。上个世纪，对1980年美国圣海伦斯火山（VEI=5）和1991年日本云仙岳火山（VEI=6）喷发的成功预警预报，增强了人们对活动火山的监测研究和未来喷发预报的信心。但是，精确地预报火山喷发仍然任重道远，反常的前兆信号和错误警报率仍然较高。对于超长期休眠的超级火山，尤其不能等闲视之，因为其喷发前兆信息的表现特点、异常强度和持续时间，与常规级别的火山相比，往往有天壤之别。简而言之，对超级火山喷发前兆信号的连续监测，由于其异常持续时间很长，恐怕绝非一代人所能完成。令人欣慰的是，美国联邦地质调查局、犹他大学和黄石国家公园共同组成的黄石火山观测站，坚持不懈地密切监测着该地区的火山活动状况，因此人们大可不必为地球内部的这颗“定时炸弹”而忧心忡忡。

中国活动火山现状

上个世纪90年代，中国科学界加强了对长白山天池火山、腾冲火山及五大连池火山的监测与研究，拉开了我国活动火山研究的序幕。如果20多年前还有人怀疑中国是否存在活火山，那么20多年来的监测与研究成果表明，今天摆在我们面前的长白山天池火山，无疑有潜在喷发危险。

长白山天池火山，是目前中国大陆危险性最大的巨型现代活动火山，公元946年曾喷发过一次，那次喷发被认为是近两千年来地球上规模最大的爆炸性大喷发之一，爆发指数到达VEI=7，喷发物总体积在100立方千米以上，喷发柱高达30余公里，喷出的火山灰向东飘落至日本北海道南部一带，覆盖地面厚达5厘米，近期有研究成果报道，在距离火山口2000千米外的千岛海沟附近的深海沉积物中也发现了这次喷发的火山灰。过去的研究结果还显示，公元946年的那场大喷发，摧毁了当时长白山区辽阔的原始森林，厚大的空降浮岩堆积，覆盖了火山周围数千平方千米的地带，喷发物堰塞了松花江上游的河道，鸭绿江、图们江、锦江上游填满了厚大的火山碎屑流，形成现今壮观的大喷发火山景观。而在此前的公元前2100年前后，天池火山还发生过另一场大喷发，规模不亚于公元946 年那场大喷发。

在现今天池火山口50千米半径范围内，从大规模喷发毁灭的森林炭化木遗骸以及大量火山碎屑物来预计，如果长白山天池火山再次发生公元946年那样的大规模喷发，后果将不堪设想：上述范围内的一切生命将灰飞烟灭，而从二道白河—松花江的火山泥石流的分布及厚度来估计，它们将有可能摧毁位于松花江、鸭绿江水系中的一系列大、中、小型水库和水电站，从而导致全流域泛滥成灾，酿成极为严重的原生和次生火山灾害。因此，从火山灾害的规模、目前火山区迅速增加的人口密度和自然资源生态环境保护等方面来考虑，开展对长白山天池火山未来喷发危险性评价和灾害性评估，并制定出针对性预防措施，给社会公众提供安全保障，对于保证该地区社会稳定、协调发展，都是绝对必需的。

远在我国西南边陲的云南腾冲火山地区，在半径约55千米、面积9000平方千米的范围内，密集地分布着220多个火山岩体。从李根源《烈遗山记》中描述的“腾冲多火山，志载明成化、正德、嘉靖、万历年间（公元1465-1620年）火山爆发多次”，《徐霞客游记》中记载的1609年打莺山火山喷发，说明在几百年前，腾冲火山区确实有过火山喷发。如今，腾冲火山区是我国活火山区地热显示最为显著的地区，如热海地区的水温均在100℃左右，近年来，水热活动似有增强之势，发生过多起水热爆炸事件。微震观测存在岩浆冲击型地震与地震测深剖面和大地电磁测深的结果，都显示出可能存在壳内岩浆囊。这些火山是否酝酿着新的喷发危险，使人们不能不特别关注腾冲火山的未来活动。

五大连池火山群共有14座火山，位于黑龙江省西北部，熔岩流面积约800 平方千米。130万年来，这里发生过7次集中的喷发活动，最近一次喷发即老黑山和火烧山在1720-1721年间的喷发，持续时间为一年零五个月，火山喷泉高出火山锥300~500米。据最新的地球物理探测成果显示，目前该地区地壳内没有明显的低阻岩浆囊存在，火山喷发通道内的岩浆已冷却，区内也没有明显的地热流体释放活动，火山活动目前可能处于休眠状态，但仍需加强监测。

近年来，中国的火山监测研究工作得到了政府的高度重视和支持。目前，“十五”期间建成的中国火山监测台网已经进入了日常运行阶段。“国家火山台网中心”，是中国火山监测台网的数据汇集、交换、分析、处理与数据共享、信息发布中心，也是一个反应迅速、功能全面、安全可靠、满足火山监测要求的国家火山监测中心，它对全国火山监测台网的数据进行汇集、存储、分析，同时承担火山岩测试、火山挥发份测试、火山灾害模拟等实验室工作，负责火山异常判断、火山灾情分析、火山预警组织会商和上报等任务，以及通过互联网提供数据服务和火山宣传工作。我国目前已查明有潜在喷发危险的活动火山14座，已纳入日常监测的火山包括：吉林省长白山天池火山和龙岗火山、黑龙江省五大连池火山和镜泊湖火山、云南省腾冲火山以及海南省琼北火山。随着我国活动火山研究的不断深入，相信在不久的将来，对全国范围内有潜在喷发危险的火山的全面监测便有望实现，最终提高我国火山灾害的防御能力、有效地减轻火山灾害。