海底火山的两张“面孔”：虽鬼斧神工，却冷酷无情
来源： 科普中国 发布时间：2023-12-11
冰岛最近很不平静。自2023年10月底以来，冰岛西南端的雷克雅尼斯半岛记录了大约24000次小型地震。据专家从地下岩浆侵入的规模和移动的速度分析，这里火山爆发的“可能性极大”。事实上，自2021年以来，雷克雅内斯半岛已发生三次火山喷发。海底火山喷发创造了美丽的冰岛，如今它却在威胁冰岛的安全。与陆地火山相比，海底火山有什么不同？它的危害究竟有多大呢？
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海水为何浇不灭火山
地球上71%的面积都被广阔的海洋所覆盖。假如把海洋里的水全部抽干，我们就会看到如同陆地一样壮观的地貌，那里有山峦起伏，也有沟谷纵横。其中，数量最多的莫过于星罗棋布的海底火山。
火山的位置不是随机的，分布也不均匀，而是集中于板块的边界地带。当一个板块与另一个板块碰撞时，密度较大的板块被迫向下俯冲，引起火山爆发。还有一些海底火山从大洋中脊喷出，这里就像棒球上的缝线一样，是板块的离散边界，也是新生海洋地壳的诞生地，例如冰岛就是大西洋中脊在地表的出露，那里活跃的火山活动表明大西洋现仍在扩张中。
海底火山喷发示意图：1 水蒸气云 2 海水 3 地层 4 熔岩流 5 岩浆通道 6 岩浆房 7 岩脉 8 枕状熔岩（wikimedia commons）
此外，还有部分海底火山从大洋板块内的“热点”溢出。这里是地球深处的局部热源造成的，当板块在“热点”上方像传送带一样缓慢移动时，就会形成一系列火山，例如在太平洋中，从夏威夷岛向西北方向密集排列着一系列火山。
自8500万年以前开始喷发一直持续喷发至今，形成了约6000公里长的岛链。（来源：wikipedia）
海底火山绝大部分都是死火山，只有一百余座仍在活动。奇怪的是，为什么海水浇不灭海底火山呢？原因在于，海底火山喷出的并不是熊熊火焰，而是高温炽热的液态熔岩，冰冷的海水只能给熔岩降温，却无法让威力无穷的火山熄灭。
地质学家研究发现，由于海水的作用，导致海底火山与陆地火山的差异很大。最明显的差别在于，海底火山处在高压、低温的环境中，深海区的火山由于受上覆水体的强大压力，一般不产生火山灰。而且，海底火山比陆地火山的熔岩冷却速度快得多，一旦熔岩与海水接触，它的表面就会迅速冷凝形成固体外壳，包裹着内部的熔岩，从而形成不规则的椭圆形，直径为几厘米到几米不等，看起来就像枕头似的，因此被称为枕状熔岩。
夏威夷海底火山产生的枕状熔岩（来源：wikipedia）
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鬼斧神工：海底火山造就的奇观
海底火山爆发是改变地球外貌的重要力量，在海洋中，有许多火山岛就是火山喷发形成的。
在南极半岛东北端的南设得兰群岛有一座奇怪的小岛，名为“欺骗岛”，与南美洲隔海相望。如果我们从上空俯瞰这里，就会发现欺骗岛的外形确实很奇怪，它的轮廓为马蹄状，实际上它是一个环形的小岛，直径约12千米，中间充满了海水，通过东南部的缺口与大海相连。
地质学家研究发现，欺骗岛其实是一座火山岛，远古时期强烈的火山喷发在海洋中形成岛屿，后来火山口塌陷，海水涌入才变成了如今这幅模样。时至今日，欺骗岛火山仍在活跃期，岛上的海岸边时常热气腾腾，挖开黑色岩石和砂粒，就可能有温泉喷涌而出，所以这里成了著名的旅游胜地。
sentinel-2拍摄的欺骗岛卫星图像（来源：wikipedia）
在非洲大陆西北部的大西洋上，分布着一片由7个小岛组成的岛屿群，名为加那利群岛。加那利群岛在大西洋中沿东西方向一字排开，仿佛一串美丽的珍珠项链，在成因上，它们都属于火山岛，耶罗岛是其中最小、最年轻的一个，大约形成于120万年前，它东西长约29千米，南北宽约16千米，面积仅为268.71平方千米，从上空俯瞰它呈现出三边凹陷的三角形，有点类似于不规则的心形图案。
至今，该岛上依然保留着非常典型的火山遗迹。据统计，该岛上有500多个火山锥、70多个熔岩洞穴及通道，可谓是研究火山的天然实验室。不仅如此，这里的地质构造直至今天仍十分活跃，地震及火山时有发生。
位于南美洲西海岸广阔的太平洋上的科隆群岛，也是著名的火山岛，由21座小岛和上百座岩礁组成，总面积约7880平方千米。科隆群岛所在地是火山活跃区，因为它恰恰位于较小的纳斯卡板块与较大的南美洲板块交界地带，纳斯卡板块向东漂移，以每年6.4厘米的速度潜入南美洲板块之下，因此该地区地壳活动十分活跃，火山频繁爆发。
火山口不仅存在于岛上，在海底还有很多。1977年，海洋学家乘坐“阿尔文号”载人深潜器到达科隆群岛附近2500多深的海底进行勘探，发现了一些冒着黑烟的喷口，温度很高，被形象地称为“海底黑烟囱”。这些喷出的热液中含有丰富的矿物质，滋养着一些生物，能够脱离阳光而独立存在，形成了独特的海底极端环境生态系统。
科隆群岛的费尔南迪纳岛的拉昆布雷火山（来源：wikipedia）
阿尔文号（来源：wikipedia）
巨型管虫聚集在加拉帕戈斯裂谷的喷口周围（来源：wikipedia）
此外，夏威夷群岛、阿留申群岛、韩国济州岛等都是海底火山喷发而成。据统计，世界上约有85%的活火山分布在太平洋海域，它的东岸和西缘是世界上火山活动最剧烈的地带，因此这里的岛屿一般都属于火山岛。
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冷酷无情：海底火山的巨大危害
尽管海底火山远离人类聚居地，但规模达到一定程度时仍然具有很大的危害。它不仅能喷出大量有害气体，还有可能会扰动海水形成海啸。2022年1月14日至15日，南太平洋岛国汤加的洪阿哈阿帕伊岛海底火山猛烈喷发，引起全球关注和担忧。汤加洪阿哈阿帕伊岛火山原本是一座海底火山，近年来由于多次喷发而逐渐露出水面。
这次喷发引发了大规模海啸，几乎导致整个太平洋沿岸地区都受到影响。据统计，汤加全境85%的人口受到影响，约有600栋建筑物被海啸破坏，就连远在10000多千米之外的智利北部海岸，也遭受两米多高的巨浪袭击，部分市区出现海水倒灌。
此外，海底火山喷发还会破坏生态环境。在2011年10月至2013年3月间，非洲大陆西北部耶罗岛附近的海底火山爆发，释放了大量的热量和二氧化碳，造成周边海域大量动植物消失。火山学家利用无人水下探测器调查发现，时隔多年，耶罗岛附近的海洋生态系统才逐渐恢复，许多浮游动物、浮游植物以及鱼、虾、蟹、贝类再次出现在熔岩洞穴中。
2021年10月的一天，有人在日本冲绳发现海面上漂浮着大量石头，许多船只被困在港口动弹不得。这究竟是怎么回事呢？经调查发现，这些石头都来自于一千多千米外的小笠原群岛。不久前的海底火山爆发，喷出的浮石漂浮在海面上，后来随着洋流向西到达了冲绳县海岸。
浮石的外表十分粗糙，布满气孔，密度比海水小，所以能漂浮在水面上。当岩浆从海底火山中喷发出来以后，压力迅速下降，岩浆中气体的溶解度随之降低，其中的气体不断逸出，这个过程就像我们打开碳酸饮料时看到大量气泡冒出来一样。但是，压力降低的同时，熔岩的温度也骤降，很多气泡还没有来得及逃逸就被冷凝在岩石之中，于是，满身气孔的浮石就形成了。
浑身布满气孔的浮石（摄影：马志飞）
对于海洋航运来说，浮石可不是什么好东西。大大小小的浮石从海底冒出，连绵不断如同漂浮的小岛，被称之为“浮石筏”，长度可超过几十千米。这种情况一旦出现，通常难以在短时间内散开，影响港口的正常通行，甚至会造成船只发动机故障引发航行事故。
海洋生物学家对浮石的出现也十分担忧，他们认为浮石会影响阳光直射海底，不利于浮游生物的生长，对海洋食物链具有破坏作用。此外，漂浮的浮石还可能成为某些外来物种的“天然轮渡”，比如一些贝类，它们乘坐浮石筏漂浮到以前从未到过的陆地或者岛屿，就可能成为入侵物种，威胁其它生物的生存。
作者：马志飞，科普作家，北京科普作协会员，著有《石头记》《玻璃地球》等科普图书10余部，曾荣获自然资源部优秀科普图书奖、吴大猷科学普及著作奖佳作奖、中国自然资源作家协会“中华宝石文学奖”科普作品奖等。
审核：董汉文 中国地质科学院地质研究所副研究员
出品：科普中国
监制：中国科学技术出版社有限公司、中科数创（北京）数字传媒有限公司
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