迷你世界Laplace 图版 19 — 火山

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。

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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

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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

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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。

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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。

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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)

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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

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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

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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

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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。

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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。

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