Hot spring & Geysers，火山學說

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Hot spring & Geysers，火山學說

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Geysers







Volcanoes

































火山是地下深處的高溫岩漿及其有關的氣體、碎屑從地殼中噴出而形成的，具有特殊形態的地質結構。火山爆發是一種很嚴重的自然災害，它常常伴有地震。
火山可以分為死火山和活火山，一段時間內沒有噴發的活火山叫做睡火山（休眠火山）。另外還有一種泥火山，它在科學上嚴格來說不屬於火山，但是許多社會大眾也把它看作是火山的一種類型。 火山噴發會對人類造成危害，但是它也帶來了許多好處。許多寶石都是由於火山噴發形成的；火山噴發也能擴大陸地的面積，夏威夷群島就是由火山噴發而形成的。
專門研究火山活動的學科叫做火山學。

火山的成因
板塊構造學說主張板塊的運動，是由於地球內部軟流圈的熱對流造成的。而當板塊互相推擠，密度較大的一邊會下降到另一邊下方，稱作隱沒，而發生隱沒的帶狀地區稱為隱沒帶或聚合性板塊交界。地底的高溫會將隱沒的板塊熔融，形成岩漿。岩漿藉由浮力緩緩上升，最後聚集成為岩漿庫，就是火山底部儲存岩漿的場所。而當岩漿中的氣體壓力累積到一個程度，火山就爆發了。例如：環太平洋地區的火山，大多為此種火山。 有些火山分佈在板塊的張裂性交界上，也就是兩個板塊分離的帶狀地區。在這種地區，高溫的地函物質會上升，形成海底火山山脈，稱作中洋脊。


還有一些火山並不位於板塊的交接處，例如美國黃石複式破火山口及夏威夷群島。火山學家稱這些火山是坐落於「熱點」上。目前熱點的作用機制尚不清楚，但科學家普遍認同熱點是由地函底部上升的「熱柱」造成。當板塊在熱點上做水準移動時，便有一連串的火山生成。這樣作用連續發生後，會造成一系列的火山島群，而離熱點越遠的火山其生成年代越老。

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火山的構造 火山噴出物在岩漿通道口堆積而成的錐形山丘，稱為火山錐。火山錐上可能形成小型火山錐，其通道與主體火山錐的通道相連通但無獨立的岩漿源，稱為寄生錐。頂部的漏斗狀窪地(原岩漿噴出口)稱做火山口。岩漿噴出地表的通道，稱為火山喉管，而一旦該通道為冷凝的岩漿阻塞，稱火山頸。 火山的外形及地形 複式火山(Stratovolcano，又稱為成層火山)，其外觀多為優美、對稱的錐形。它們是由無數熔岩流不斷堆積形成的。此種火山的熔岩黏滯性較高，通常為安山岩質。因其優美對稱的外型，多成為觀光勝地。許多著名的山都屬此類，例如：日本的富士山、台灣的七星山、菲律賓的馬榮火山、意大利的維蘇威火山、Stromboli火山等。 盾狀火山(Shield Volcano)具有寬廣緩和的斜坡，整體看來就像是一個盾牌。此種火山通常由玄武岩岩漿構成，流動性高，故能夠分佈在很大的區域，才能形成寬廣的山形。最著名的例子是夏威夷群島，這個群島的每個島嶼都是一座巨大的盾狀火山。 火山穹丘(lava dome，或稱為熔岩穹丘)，常見於火山口內或火山的側翼，是一種圓頂狀的突起，看起來類似某些植物的球根。火山穹丘是由高黏度的熔岩形成的，由於其黏度太高，不能從火山口遠流，在火山口上及其附近冷卻凝固。火山穹丘會成長，這是由於地底岩漿庫的空間不足以容納所有岩漿，導致部分岩漿擠入穹丘下方。如果成長中的穹丘是位於陡峭的山坡上，其成長有可能導致重心的不穩定，最後導致山崩或火山碎屑流。 火山渣錐(Cinder cone)是指由火成岩屑或火山渣(火山的噴出物質)在火山口周圍堆積而成的山丘。大多數的火山渣錐都很耐侵蝕，因為落到錐上的降雨滲入到高滲水性的火山渣裡，較少對它們的表面進行侵蝕作用。由於火山碎屑物膠結鬆散，故無法形成較高的堆積，通常都小於500公尺。 [編輯] 其他地形 破火山口(Caldera)：破火山口通常是由於火山錐頂部(或一群火山錐)因失去地下熔岩的支撐崩塌形成。外形為碗形的凹地，其直徑為數百公尺至數公里不等。著名的例子是美國黃石國家公園的黃石複式破火山口。其英文名的語源為西班牙文Caldera，意指罐子或大鍋子。參見破火山口。 低平火山口 低平火山口(maar)：是由岩漿和水相互作用發生爆炸而形成。在地表下形成了深切到圍岩的圓形火山口，並被一個低矮的碎屑環包圍。常常會積水而形成火山湖。其語源為拉丁文的mare，即「海」。參見低平火山口。[2] 熔岩臺地：或稱熔岩高原，通常是由高流動性的岩漿由一大群裂縫中滲透形成。 熔岩平原：火山噴發的區域若整體地勢平坦即稱之。成因與熔岩臺地相似。[3] 火山溝：由於地下岩漿空虛，引起上方地塊向下發生斷層作用形成寬溝。

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火山的分佈 受火山成因的影響，世界各地的火山大多分佈在板塊交界處，但仍有部分例外(熱點)。主要的火山帶包括： 環太平洋火山帶(又稱火環)：從南美洲東岸，濱太平洋的安地斯山脈開始，經過中美洲、墨西哥、美國西岸、加拿大到阿拉斯加後，沿阿留申群島及勘察加半島到太平洋西岸的花綵列島，包括千島群島、日本、琉球群島、台灣及其附屬島嶼、菲律賓群島，接著連接印度尼西亞、巴布亞新畿內亞、所羅門群島，迄新西蘭。本火山帶之火山數目約佔全世界之75%[1]，且活動相當頻繁。 中洋脊火山：包括太平洋、大西洋及印度洋三大洋的中洋脊，總長度約八萬公里，約成W形分佈。但中洋脊上火山的分佈並不平均，集中於大西洋中洋脊，有60餘座。太平洋及印度洋中洋脊的火山相對較少。中洋脊的火山以海底火山為主，也有少部分的火山島(例：塞舌爾) 東非大裂谷火山帶：東非大裂谷是由非洲板塊的地殼運動形成，地質學家預測幾百萬年後，東非可能會分裂成兩個不同的板塊，至今地質活動依然頻繁。較著名的例子有：肯雅的乞力馬札羅山、剛果民主共和國的奈拉公哥火山等 地中海─喜馬拉雅火山帶：西從庇里牛斯山始，迄喜馬拉雅山，全長約十萬公里，但分佈不均。歐洲部分多分佈於意大利，例如維蘇威火山、埃特納火山等。愛琴海上的多個島嶼也是火山島，其中聖托里尼島在史前發生過大爆發。中段幾乎無火山。亞洲部分，在印澳板塊及歐亞板塊的交界處分佈著若干火山群。 火山的噴發 火山噴發是指：火山從地面下經由一個通道，將氣體、碎屑或岩漿噴出地表的過程。通常包括三個階段：岩漿形成及初步上升、進入岩漿庫(岩漿的儲存處)及噴發。 [編輯] 火山噴發的長短一些火山學家認為[3]，一座火山的噴發可以分為： 噴發脈波：一次持續數秒至數分鐘的噴發 噴發階段：一次強烈的噴發脈波又引起了數次的噴發脈波 一次噴發：由數個噴發階段組成，持續時間由數天到數年不等 而史密森學會(The Smithsonian Institute)[4]的另一種分法，是以每兩次噴發之間的靜止期間來界定一次完整的噴發。兩次噴發之間的間隔若超過三個月，那這兩次噴發就分屬於兩次不同的噴發。

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影響的因素 岩漿的成分及流動性火山噴發的型態，受到噴出岩漿的流動性及揮發成分的量影響，有著很大的不同。揮發成分的量會影響岩漿的噴發力道。揮發成分越多，火山灰及熔岩就會被噴得越高，也就是會形成較大的爆發。岩漿流動性的指標，岩漿黏度主要是由岩漿中二氧化矽(SiO2)的含量(從50%到70%)與溫度的高低來決定。二氧化矽越多或溫度越低，岩漿就越黏，流動性也越低。另外噴出物的量越多，速度越快，被影響的區域也會跟著加大。 岩漿流動性高而揮發性成分少：熔岩流不斷流出，但不太會發生爆炸。例：夏威夷的冒納羅亞火山 岩漿流動性高且揮發性成分多：熔岩流以極高的角度噴出，有如噴泉一般。例：日本的三原山(伊豆大島) 岩漿流動性低且揮發性成分少：沒有爆炸，熔岩流無法流得太遠而堆積形成火山穹丘(或稱熔岩穹丘)。例：日本的昭和新山 岩漿流動性低而揮發性成分多：爆炸性的噴發。 舉例來說，玄武岩岩漿含二氧化矽成分少，揮發成分也相對少且溫度高、黏度小。因此玄武岩岩漿流動性大，其噴發相對較寧靜，多爲岩漿的溢出，形成大面積的熔岩臺地和盾形火山。而流紋岩和安山岩岩漿富含二氧化矽和揮發成分，其流動性差，因此火山噴發猛烈，爆炸聲巨大，有大量的火山灰、火山彈噴出，常形成高大的火山渣錐，並伴有火山碎屑流和熾熱火山雲，往往造成重災。 岩漿組成與火山形狀的關聯岩漿主成分主要礦物流動性二氧化矽含量主要火山形狀
流紋岩	石英、鉀長石	低	大於70%	穹頂、破火山口
安山岩	鈉長石、輝石	中	55%-70%	複式火山
玄武岩	鈣長石、輝石	高	小於55%	火山錐渣、盾狀火山

依照岩漿成分的不同，可以簡單分為兩種不同的噴發方式。

• 寧靜式噴發：由於黏滯性小，氣體易散失，故不易爆發，而以溢流方式噴發。例如著名的夏威夷火山。
• 爆裂式噴發：黏滯性大，流動不易，內部氣體無法獲得有效的散失，致使壓力增大。當到達無法負荷時，便會以「爆炸」方式噴發。例如意大利維蘇威火山。

寧靜式噴發與爆裂式噴發的比較類型岩漿成分主要產物熔岩特性造成災害例子 寧靜式玄武岩熔岩為主，少量氣體與碎屑基性，黏度小，溫度高熔岩流，災害較小夏威夷爆裂式安山岩及流紋岩少量熔岩，大量蒸氣、碎屑酸性，黏度大火山泥流、火山碎屑流、毒氣意大利維蘇威火山

• 註1：岩漿是指地下熔融或部分熔融的岩石。當岩漿噴出地表後，則被稱為熔岩。
• 註2：「基性」指熔岩的二氧化矽含量介於45%至52%之間，「酸性」則指二氧化矽含量超過66%

岩漿上升通道的特性依此性質，可以將火山分為：

• 裂隙式噴發：岩漿沿地表裂縫處溢流。廣大的裂縫噴發會形成大片熔岩高原，稱之為洪流玄武岩或高原玄武岩。例如：印度的德干高原
• 中心式噴發：岩漿以火山口為中心向四周噴發，在壓力的作用下，會形成猛烈的噴發。
• 區域式噴發：一個區域中有大量火山噴發，形成大量的火山聚集。例如：中國的長白山，總共有164座火山分佈在1000平方公里的範圍內。
• 融透式噴發：由於岩漿的高溫，把岩漿庫頂部的岩層熔化，使大量岩漿溢出地面。有時岩漿上升停留在淺處，沒能熔化頂部岩層，而就地冷凝固結下來，使地面隆起成丘狀，稱爲潛火山或地下火山，也叫次火山。目前這種火山已經不存在。

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噴發的地點火山噴發的地點，也對噴發的型態有所影響。特別是當水存在時，會有劇烈的變化。 在深海中：水壓極大，無法產生爆炸，而且熔岩急速被海水冷卻，形成枕狀熔岩是其特徵。 在淺海、湖泊、河川中，或是爆發過程中混合了地下水：猛烈的爆炸，稱為水火山式噴發(hydrovolcanic eruption)或蒸汽噴發。 在冰河下：與在深海中的結果相同，但若噴發使冰河融化，可能伴隨大規模的洪水。 噴發的類型火山的噴發類型是幫火山分類的其中一種方式，這會影響火山的形狀。1908年，阿爾弗萊德·拉克魯瓦(Alfred Lacroix)將火山的噴發分為四種類型：夏威夷式(Hawaiian)、史沖包連式(Strombolian)、伏爾坎寧式(Vulcanian)及培雷式(Peléan)。而後學者又增加兩類：冰島式(Icelandic，或稱蘇特塞式)及普林尼式(Plinian)。以上六種噴發形式為現今之分類方式，這些分類皆以其代表火山命名。但這仍不是最完善的分類方式，實際調查顯示，一座火山即使以某一種類型為主，並不代表它不會出現其他種類的噴發。 夏威夷式 此類火山的噴發物為大量基性熔岩流，岩漿黏度小，流動性大，故爆裂較少。熔岩通常從火山口和山腰裂隙溢出，氣體釋放量不定。由於噴發時岩漿受到壓力作用，到達地表時會形成熔岩噴泉。 夏威夷式噴發通常會形成火紅的「熔岩河」，熔岩往往是多次溢流，而且有許多裂隙作爲通道。最後通常形成平坦的熔岩穹丘。1942年夏威夷的冒納羅亞火山(Mauna Loa)的爆發為此種火山之範例。該種火山的噴發，可大略分為三個階段： 熔岩噴出期：第一階段，共持續數小時，熔岩流堆積形成薄層的熔岩流或低丘。 熔岩漫流期：火山口中仍陸續有熔岩流出，使熔岩層及低丘繼續加厚。 噴氣期：只有氣體出現，數量亦銳減。火山噴發已接近尾聲。 史沖包連式（史湯玻利式） 史沖包連式的噴發是以意大利的史沖包連火山（史湯玻利火山）為範本。其噴發特徵為熾熱的熔岩「噴泉」，其熔岩的黏性比夏威夷式要大，噴發時通常伴隨著白色蒸氣雲。熔岩流厚而短，組成為玄武岩與安山岩。此種火山不斷噴出紅熱的火山渣、火山礫和火山彈，爆炸較爲溫和。大部分的火山碎屑又落回火口，再次被噴出，其他的落到火山錐形成的坡上並滾下山坡。 伏爾坎寧式 伏爾坎寧式的噴發是以意大利的伏爾坎寧火山為範本。這種形式的火山噴發出的熔岩，較史沖包連式火山的熔岩黏度更大，噴發更爲猛烈。不噴發時，熔岩在岩漿庫的出口處堆積，形成厚重的凝結外殼，氣體會在其下聚集。 當氣體的壓力增大到某個極限時，會發生猛烈的爆炸(有時足以摧毀一部分火山錐)。這個爆炸使阻塞物被炸開，一些碎片和熔岩組成的火山彈和火山渣會被噴出。同時會伴隨含火山灰的「花椰菜狀」噴發雲，這種烏雲在黑夜中非常黑暗。當火山口的「阻塞物」都被噴出後，就會有熔岩流從火山口或火山錐側緣的裂隙中湧出。 培雷式 培雷式噴發的範本是西印度群島馬丁尼克島的培雷火山在1902年的噴發。培雷式噴發的岩漿黏度很高，爆炸特別強烈。明顯的特徵為熾熱的火山碎屑流，一種溫度非常高的氣體，夾雜大量的碎屑及岩石，沿著山坡向下移動，產生類似颱風的破壞。 在培雷式噴發中，欲向上逸散的氣體經常被火山口中的熔岩堵住，使壓力逐漸增大，最後產生爆炸。熔岩被火山灰含量很高的氣體推動而向外流出，但除了從火口中流出粘稠的熔岩外，其他地方沒有熔岩流出的現象。 普林尼式 普林尼式噴發是目前已知最猛烈的噴發型態。儘管與培雷式噴發有些類似，但它們是不同的[4]。普林尼式噴發有兩個最主要的特徵，一是非常強烈的氣體噴發(產生數十公里高的煙柱)，二是噴發會伴隨大量浮石的生成。普林尼式噴發的岩漿黏度非常高，火山碎屑物通常占總噴出物的90%以上。噴出物以浮石、火山灰爲主，分佈區域廣大。噴發煙柱因重力牽引下降時形成大規模的火山碎屑流。僅噴出極少量的熔岩。由於爆發強烈及物質大量拋出，常形成錐頂崩塌的破火山口。「普林尼式噴發」這個名字是為了紀念古羅馬的老普林尼。此種噴發的範本是西元79年維蘇威火山的爆發，這次爆發使龐貝被埋在平均7公尺厚的浮石層之下。1980年5月18日美國聖海倫火山的爆發也是普林尼式。

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冰島式冰島式噴發的火山通常是位於淺海中的火山。其玄武岩岩漿與海水接觸，產生水蒸氣爆炸，散佈大量火山灰。冰島式噴發可歸類為水火山式噴發的一種。 其他噴發型式 玄武岩泛流噴發(洪水玄武岩)：岩漿沿一個巨大的裂隙或裂隙群上升，噴出地表。岩漿以玄武岩爲主，通常形成熔岩高原。因爲玄武岩岩漿之流動性大，且熔岩噴出量大，少有爆發的情況。此種噴發在地形平坦處看似洪水泛濫，到處流溢、分佈面積廣，因而得名。參見玄武岩泛流噴發。 超火山(Supervolcano)：巨型火山幾乎無岩漿的爆炸性噴發，火山碎屑占總噴出物的75%至100%。通常形成巨大的破火山口。此種噴發產生的大量碎屑物質可能影響全球的氣候變遷，會造成大量財物損失及傷亡。例如：黃石國家公園的破火山口即是一例。參見超火山。 氣體噴發(或稱湖泊噴發，Limnic eruption)：噴出物只有氣體，完全不含其他物質。目前已知會進行氣體噴發的只有非洲的三個湖泊，1986年喀麥隆尼歐斯湖的噴發是一個典型的例子。參見氣體噴發。 火山的活躍程度 火山的活躍程度可以大致分為三種：活火山(地底岩漿庫存在且正在活動)、休火山(地底岩漿庫存在但暫不活動，也稱睡火山)及死火山(地底岩漿庫已不存在，已無任何活動)。火山學家目前對如何界定以上三種火山尚無結論。因為火山的活躍週期非常不固定，短至數天，長至數百萬年。而且有些火山只有非爆發性的活動，例如地震、氣體溢散等。 後火山作用 參見溫泉、間歇泉火山活動終止之後，地底下仍然有殘留的熱能。這些餘熱加熱地底下殘留的氣體，使地底下累積之蒸氣壓力增大。最後在某些特定地點，如火山口或斷層附近爆破地面而出，造成爆裂口。例如台灣陽明山國家公園的小油坑即是一個爆裂口。在爆裂口內常有噴氣孔、硫氣孔和溫泉的存在。氣體及受熱地下水也有可能沿著斷層裂隙衝出地表，直接形成噴氣孔或溫泉。這些現象稱為後火山作用。 火山的益處 火山的益處舉凡火山地質、火山地形及後火山作用的地熱和溫泉，肥沃火山土壤，都帶給人們相當多的益處 重要火山 現在的科學發現表明，在許多行星和衛星上都有火山。在太陽系中現在有確實證據證明仍有火山活動的是地球和木星的衛星埃歐(木衛一)。地球上的火山活動平均每年大約有50多次。但是其中大部分都是在海底和人跡罕至的群山中，因此對人類產生影響的火山活動感覺上很少。

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地球 主條目：火山列表 16個被選為「火山十年」[5]觀測計劃的主要火山是： 俄羅斯堪察加半島的亞娃欽斯基-科里亞斯基火山群 (Avachinsk-Koryaksky) 墨西哥的科利馬火山 意大利的埃特納山 哥倫比亞的加勒拉斯火山 美國夏威夷州的冒納羅亞火山 印尼的默拉皮火山 剛果民主共和國的奈拉公哥火山 美國華盛頓州的雷尼爾山 日本鹿兒島縣的櫻島火山 危地馬拉的聖塔馬里亞火山�聖地亞古多火山 (Santamaria/Santiaguito) 希臘的聖多里尼火山 菲律賓的塔爾火山 (Taal) 西班牙加那利群島的泰德峰 (Teide Peak) 巴布亞新畿內亞的烏拉旺火山 (Ulawun) 日本的雲仙火山 意大利的維蘇威火山 其他太陽系中的火山 月球沒有火山活動，但仍具有許多曾有火山活動的特徵，諸如月海、月谷及拱丘等。金星的表面有90%是玄武岩[6]，地表地形有80%為火山地形[7]，表示在金星表面形成的過程中，火山扮演了非常重要的角色。金星可能在5億年前有過全星球的表面再造運動[8]，科學家發現的證據包括表面隕石坑的密度等。熔岩流在金星可說是非常普遍，而且各種不在地球上出現的火山作用也在金星上出現。金星大氣層組成的變化及閃電的發生，被認為是因進行中的火山噴發而造成。但目前沒有任何的確切證據能說明金星的火山是否仍然活躍。

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觀測發現，火星上有一些死火山，包括四座巨大的盾狀火山，比地球上任何一座山都來的巨大。這些山包括了：阿爾西亞山(Arsia Mons)、阿斯克拉厄斯山(Ascraeus Mons)、海卡特斯山(Hecates Tholus)、奧林帕斯火山(Olympus Mons)及帕蒙尼斯山(Pavonis Mons)。美國國家航空暨太空總署、歐洲太空總署及意大利太空總署(Italian Space Agency)合作發射了火星探測太空船，『火星快遞(Mars Express)』號[9]。這個計劃的主要目標是要尋找地下水源和合適登陸的地點，並研究火星的大氣層、行星結構和地質構造。這個計劃發現了一些證據，顯示奧林帕斯火山可能尚未完全熄滅。這可能推翻「這些火山早在數百萬年前就已成為死火山」的說法[10]。 木星的衛星埃歐是太陽系中火山活動最劇烈的星體，原因是來自它與木星、木衛二及木衛三的潮汐力作用，這個力量使木衛一扭動、彎曲，幅度約100公尺，並在這個過程中產生能量。埃歐的火山會噴出硫磺、二氧化硫及矽酸鹽岩石，使得整個衛星的地貌完全改變。埃歐的表面有大量的破火山口、硫湖、連綿不絕的火山山脈。 埃歐的火山所噴出的岩漿是目前已知最熱的，溫度約為1800 K (1500°C)。木衛一火山的噴發物可以射至極高處，離表面可達300公里以上，在噴發出的一刻，其速度可達每秒一公里。在2001年2月，太陽系中有史以來最大的火山活動在埃歐發生。[11]來自聖路易大學及華盛頓大學的研究人員對木衛一上的火山噴發進行電腦模擬實驗。實驗結果顯示，木衛一的火山所噴出的熔岩能將其表面的鈉、鉀、矽及鐵等物質及化合物熔化、蒸發到大氣中。這些氣態物質與火山噴出的氣體(含亞硫化物及氯化物)發生反應，形成了木衛一大氣獨特的組成成份：鈉的氯化物、鉀的氯化物及鎂和鐵的二氯化物。

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