图版 19 · 地球
火山从哪里来
地壳下面并不是一片熔化的岩浆海。地球内部的岩石几乎都是固体,只有在几种特别的地方才会局部熔化,火山就长在这些地方。
向下滚动
世界上的火山
美国史密森学会的全球火山计划列出了 1,214 座在最近约一万两千年里喷发过、或可能喷发过的火山。把它们画到地球上,大多排在板块交界,尤其是太平洋四周。
红色的火山在板块相撞、一块俯冲到另一块下面的地方,大约占七成;青色的在板块分开的地方;黄色的在板块中间;灰色的几座没有记录类型。
火山:美国史密森学会全球火山计划
沉下去的板块带着水
大洋板块俯冲下去时,把含水的岩石也带进了地下。下沉到一百公里左右,水被挤出来,渗进上面炽热的岩石。
加了水的岩石更容易熔化,就像撒了盐的冰更容易化。熔出来的岩浆比周围轻,慢慢往上浮,在地面上排成一串火山,比如日本和南美洲的安第斯山。
剖面示意 · 左:板块分开;中:热点;右:板块俯冲
分开的地方
在大洋中脊,两个板块彼此分开,下面的热岩石往上升。在深处,岩石被压得太紧,即使够热也化不了;往上升时压力减小,一部分岩石就熔化了。
地球上的岩浆,大部分都在海底这样悄悄地生成,造出新的海底。这些岩浆大多在深海里喷出,地图上几乎看不到。冰岛是大洋中脊和热点碰在一起的地方,岩浆多到让洋中脊露出了海面。
热点
还有一些火山远离板块交界,比如夏威夷。科学家认为,那里的地幔深处有一股特别热的岩石柱在缓慢上升,叫作热点。
热点几乎不动,板块却在上面一直移动。火山造好了就被板块带走,新的火山又在热点上方长出来,于是排成一条长长的火山链。
火山链是一座钟
离热点越远,火山越老:毛伊岛西部约 130 万年,考艾岛约 510 万年,中途岛约 2700 万年。
用距离除以年龄,就得到太平洋板块移动的速度:每年大约 9 厘米,是指甲生长速度的两倍多。
火山年龄:Clague 与 Dalrymple(1989);中途岛:Dalrymple 等(1977)
俯冲带上的陡峭火山
这是一座真实的火山,从山顶剖开:富士山,日本最高的火山,海拔 3,776 米,立在俯冲板块的上方。
富士山是层状火山:熔岩流与爆发时喷出的火山渣、火山灰一层压着一层,堆成陡峭的锥体。在这份高程数据里,它海拔 2,500 米以上的山坡平均约 30 度。
日本 · 35.4°N 138.7°E · 从山顶剖开 · 高度放大 2.5 倍
热点上的盾
旁边按同一比例画出的,是冒纳罗亚火山,海拔 4,169 米,长在夏威夷热点之上。它只比富士山高一点,却宽得多。
冒纳罗亚是盾状火山,由一股股稀薄的熔岩堆成:熔岩从山顶和山腰长长的裂谷中涌出,流出很远才停下。它的山坡大多不到 10 度。
富士山与冒纳罗亚 · 同一比例 · 高度放大 2.5 倍
从山脚量起
冒纳罗亚露出海面的部分只有四千多米。它的山坡在海面下还要再延伸约 5 公里,才到达洋底。
它的重量又把洋底压下去约 8 公里。所以从山脚量到山顶,冒纳罗亚高约 17 公里,几乎是珠穆朗玛峰海拔的两倍。它的体积至少有 75,000 立方公里,是地球上最大的活火山。
夏威夷岛 · 19.5°N 155.6°W · 200 公里宽 · 高度放大 2.5 倍
这些年喷发过的
在这份名单里,2000 年以来喷发过的火山有 231 座。其中大约五分之四,都在板块俯冲的地方。
你来试试
调节板块移动的速度,看热点上方的火山怎样排开:板块走得越快,火山之间隔得越远。
试一试把板块速度调到 20 厘米/年:动的是热点,还是火山?
模型省略了什么
剖面图把三种生成岩浆的地方画在了一起,真实世界里它们相隔很远,大小和深度也没有按比例。火山链年龄指的是每座火山主要成形结束的时间;热点本身有一百公里左右宽,所以最年轻的几座火山算出来的速度偏快。热点是不是真的来自地幔深处,科学家还在研究。两座真实火山的高度放大了 2.5 倍;冒纳罗亚洋底之下被压下去的那只“碗”,深度取自美国地质调查局约 8 公里的数字,形状是示意。高程数据会把山顶磨平一点:富士山最高的格点比实测的 3,776 米低约 40 米。
一个常见的误解
地壳下面并没有一层熔化的岩浆,地幔几乎全是固体。岩浆主要在这几种情况下生成:热岩石里加了水(俯冲带),或者热岩石往上升、压力减小(板块分开的地方;热点也是这样,只是那里的岩石格外热)。所以火山不是随处都能冒出来的。另外,陡峭并不一定意味着熔岩黏稠:富士山的熔岩大多也是玄武岩,和堆起冒纳罗亚的是同一类;它的陡,来自熔岩流之间一层层爆发喷出的火山渣和火山灰。
资料来源
- 美国史密森学会全球火山计划:世界火山数据库
- 美国地质调查局火山灾害计划:关于火山
- 美国地质调查局《动态的地球》:热点
- Dalrymple 等(1977):中途岛火山的年龄修订
- 美国地质调查局夏威夷火山观测站
- 美国地质调查局夏威夷火山观测站:冒纳罗亚
- 美国地质调查局:冒纳罗亚的地质与历史
- 美国史密森学会全球火山计划:富士山
- 美国史密森学会全球火山计划:冒纳罗亚
- 日本国土地理院:富士山的标高(2024)
- 美国地质调查局:火山的主要类型
- 美国地质调查局:美国的火山(盾状火山)
- Terrain Tiles(AWS 开放数据):真实地形
- 欧洲航天局 WorldCover 2021:地表覆盖
数据
Volcanoes: Global Volcanism Program, Smithsonian Institution, Volcanoes of the World database. Plate boundaries: P. Bird (2003), PB2002; GeoJSON by H. Ahlenius (Open Data Commons Attribution License). Elevation and seafloor (globe colors, Mount Fuji, Mauna Loa): Terrain Tiles on AWS Open Data; ETOPO1, NOAA; GMTED2010 and SRTM, USGS. Land cover (Mount Fuji, Mauna Loa): ESA WorldCover 10 m 2021 v200 (CC BY 4.0).

