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冰岛七火山:地质版“冰与火之歌”

冰岛是个“超越现实”的存在。它地处北极圈,能极夜尽情享受极光。可在冰天雪地的荒原上,又不乏牧草牛羊。冰岛的文化也独树一帜,盛产小众音乐,语言却很难学会。除了以上种种,连冰与火也愿意在此交融。冰川雪顶之下,冰岛还拥有30个活火山系。如果地球上有一个地方能媲美“冰与火之歌”中的世界的话,那么一定就是冰岛。

冰岛的火山分布示意图。

冰岛能拥有如此密布的火山,其背后有两大地质原因。其一是北美板块和欧亚板块的分离边界——大西洋洋中脊——从冰岛中间横穿而过;在这里,岩石圈拉伸减薄,断层密布,岩浆能顺着岩层的缝隙上涌,从而喷发形成火山。由此,冰岛的大多数火山沿此洋中脊分布。冰岛火山的第二个成因是地幔柱(mantle plume)的持续“烘烤”——地幔柱为火山喷发提供热量及岩浆来源,这种成因的火山被称为“热点(Hot spot)火山”。本文提到的冰岛最活跃的火山——格里姆火山,就坐落在热点之上。

大部分的冰岛火山分布在北美板块和欧亚板块分离边界的大西洋洋中脊上,包括本文提到的三座火山。

虽然冰岛地处遥远,其火山的外貌也不如维苏威火山或者富士山那么巍峨,但冰岛火山曾经给冰岛人、欧洲人,甚至整个北半球都带来了不小的麻烦。火山的爆发固然让人担忧,在冰岛人看来,火山也为他们带来了“礼物”:无论是温泉沐浴,还是地热发电,冰岛人都从火山中受益不少。

细究起来,冰岛上的火山各有特点,它们如同“冰与火之歌”中的七大王国,给这个极地边缘的“小”岛,带来了多样的风情。

艾雅法拉:北境狼的警示

2010年4月14日,冰岛首都雷克雅未克东南方向约120公里远处,一座已沉睡两百年的火山——艾雅法拉(Eyjafjallajökull)——将“身上”覆盖的冰盖撕开一条长达500米的裂口,炙热的岩浆喷涌而出,形成了15个高度约150米的“岩浆喷泉”(lava fountain)。这场突如其来的爆发,正如七大王国中的“狼家”:虽然归顺多年,但一旦发出怒吼,就是“北境之王”的雄姿。

2010艾雅法拉火山喷发形成的岩浆喷泉。

岩浆喷泉属于裂隙式喷发,即岩浆从地表裂缝中喷出,由于来不及释气,沿地缝的方向形成“带状喷泉”。对于游客来说,“带状喷泉”的景象实在令人叹为观止。其实,由于冰岛处在板块分离边界,地壳处在拉张环境中,裂隙式喷发正是冰岛火山最常见的一种喷发形式。因此,冰岛居民对此早已习以为常。喷发形成的火山碎屑及火山灰四处飘散,厚厚地覆盖在冰岛的车上,房顶上,农场里……以及农场里的动物身上……

火山灰将羊毛“染”成了黑色。拍摄者:Calistemon(From Wikipedia)

正如“狼家”的少狼主横扫南方,艾雅法拉的火山灰大军也奇袭欧洲。火山灰由于密度较小,可以长距离的随风飘散。喷发开始后的一周之内,欧洲北部大部分国家,包括英国、瑞典、德国、波兰,都受到尘埃影响。最受冲击的行业无非是航空业——如此高浓度火山灰不但可能刮损高速飞行的飞机外壳,而且一旦进入发动机,很可能引发发动机故障。出于安全考虑,欧洲大部分空域禁飞一周,民航业损失惨重。

2010年4月14日至25日艾雅法拉火山喷发产生的火山灰扩散示意图(图为从北极俯视,红点代表艾雅法拉火山)。

2010年5月,火山灰仍迟迟不散,欧洲各国只能纷纷调整火山灰空域的飞行标准,允许飞机在限定时间内,在更高浓度的火山灰空域中飞行。在这一个月中,共计约十万个航班被取消,七百万人滞留机场。艾雅法拉成功引起了全世界的关注。艾雅法拉火山的拼写是Eyjafjallajökull。Eyjafjallajökull这个看似复杂的名字其实是三个词组成的——Eyja是“岛屿”,fjall是“山”,jökull是“冰盖”,合在一起就是“岛屿上被冰盖覆盖的山”。这种合成词的构词法有着古老的历史。实际上,冰岛语自一千年前从古诺斯语分支出来以后,虽然经过了十个世纪,但发音、词汇的拼法和语法,都变化不大。也就是说,冰岛人可以轻松阅读维京时代的文学作品。这和古老的北境颇为相似。

远眺岩浆从艾雅法拉火山中钻出,冰火交融

潜伏在冰盖下的格里姆火山

埃亚菲亚火山还算是温顺,冰岛火山中“情绪最不稳定”的是位于艾雅法拉火山东北方向约140公里的格里姆火山(Grímsvötn)。格里姆火山是一座冰下火山,它与其他至少6座火山一起,被覆盖在欧洲最大的冰盖——瓦特纳冰盖(Vatnajökull)之下。与东部火山区的大部分火山类似,格里姆火山也分布在南西-北东(SW-NE)方向的断裂带上,加之 “地幔柱”的烘烤加热,格里姆火山成为了冰岛最活跃的火山,定期发生喷发,就像是“冰与火之歌”中终年风暴不断的风息堡。

瓦特纳冰盖下的火山示意图(橙色椭圆中为格里姆火山,黑色方框标示出另外两座主要的火山的位置)。

由于格里姆火山的岩浆活动频繁,火山口的冰川融化成湖,像在瓦特纳冰盖中间打开了一扇小窗户。由于比较频繁的火山活动,湖水才没有冷却结冰。格里姆火山的喷发产物几乎是火山灰。这是因为,格里姆火山的喷发,多数是由地下的岩浆活动加热周围水体,水蒸气受热体积快速膨胀,而发生的喷发。这一类喷发被称为蒸汽式喷发(phreatic eruption),更常见于海底火山,与之相对的是常见的由岩浆喷出(或流出)地面而造成的岩浆式喷发(magmatic eruption)。

格里姆火山最近的两次喷发分别发生在2011年和2004年,喷发产生的气柱高度均超过15公里。2011年喷发产生的火山灰飘落到了挪威、丹麦等大部分北欧国家,造成了和艾雅法拉2010年喷发类似规模的航空灾害。更厉害的是,喷涌而出的岩浆能融化大量冰川,引起冰川洪水,这种现象几乎只见于冰岛,冰川学家便保留了冰岛语的命名“jökulhlaups”作为学科术语。

卫星图像显示了格里姆火山2004年喷发时产生的火山灰(火山口东北方向的黑色团状物体)。图片来源:NASA

如果继续往前追溯格里姆火山的喷发历史而回到1996年:炙热的岩浆从格里姆火山和在它西北方向的Bárdarbunga火山之间的一处裂隙喷出地面,只用了短短13天,便融化了3立方公里的冰层。水流汇入格里姆湖,湖面上涨大约六十米。人们在“何时决堤”的恐惧中注视着格里姆。两周后,湖面东南侧的冰川发生破裂,“湖水”流入冰川下的河道,疾速流动着,携带河道中的沉积物以及破碎的冰盖,势不可挡地向着南边的冲击平原流去,造成了冰岛历史上最大的一次洪水事件,洪水的流速甚至超过尼亚加拉瀑布水速的20倍。

1996年格里姆系火山喷发引起的超大型冰川洪水事件。

如格里姆般暴烈的火山,当然是 “冰与火之歌”中的王者。风息堡正是国王的老家,也曾是“狼家”乖乖效忠的对象。天气恶劣的风息堡,正与格里姆火山的“脾气相投”。

被遗忘的Laki火山

在格里姆火山所属的格里姆火山系中,还有一座已销声匿迹的火山——拉基(Laki)火山。由于数百年未发生喷发,黑色的玄武岩山坡上已盖满厚厚的绿色苔藓,逐渐被人们遗忘,正如“冰与火”世界中偏居一隅,而常常被其他王国忽略的多恩。

如今的拉基火山已被满地的绿色苔藓覆盖。依稀可见当年从地缝中喷出的岩浆,在裂隙两侧堆积出山坡的形状,沿图片竖直方向延伸向远处。

追溯拉基火山的上次喷发,时间要拨回1783年6月。喷发初期,岩浆从地缝中钻出,形成约800米到1400米高的岩浆喷泉,随后由“喷泉”逐渐变为熔岩流,持续不断地从火山口涌出,直至来年2月才结束。熔岩沿着Skaftá河谷流淌,最终在距火山口约35公里远处止步。由此,这次喷发也被称为“Skaftá河之火”。
图片来自Thordarson

喷发一共持续了八个月之久,岩浆源源不断地涌出,熔岩流总体积达到15立方公里,位于人类历史时期已知火山喷发之首。喷发产生的火山碎屑体积达到0.4立方公里,飘散到欧洲大陆的大部分地区。喷发释放出的有毒气体造成大量居民和牲畜死亡,饥荒蔓延冰岛全国。

整个爆发最终造成9350人死亡,几乎占冰岛当时人口的50%。此外,喷发共产生了约122百万吨二氧化硫,其中,50%的二氧化硫在1783年9月的一个月之内释放。此次喷发最终造成1784年,美国东部冬季气温较以往下降近5度,整个北半球的平均气温下降约1.3度 (Thordarson & Self, 2003)。

拉基火山1783-1784年喷发释放出的SO2和SO4质量(Mt=百万吨)。图片来自Luke Oman

拉基火山的这次喷发向人们科学家证明了一个重事实。拉基火山喷发的主要是玄武质岩浆,其中的二氧化硅SiO2含量小于55%。这种岩浆虽然很难产生普利尼式的爆发型喷发,但能产生体积巨大的熔岩流。其释放出的二氧化硫气体量,能够达到酸性岩浆的10-100倍,从而造成持久的气候灾害。有专家推测,正是这一火山带来的气候影响,造成西北欧连年农业歉收,最终诱发了十年以后的法国大革命。而遥远的多恩,也在关键的时间点上若隐若现,影响着“冰与火”世界的政局。

赫马岛:焦灼的“渔港保卫战”

“冰与火”中,河间地扼守南北通道,却因此成了多方征战之地。在冰岛上,人们也曾与岩浆进行过激烈的争夺。

1973年1月23日凌晨2点,冰岛主岛南端一个叫赫马的小岛上,有一座名为Eldfell的火山开始喷发。岩浆从地表打开一条2000米长、200米宽的裂缝,形成高达150米的喷泉。全岛约5000个居民被立即疏散到主岛。
1973年1月23日早晨的赫马岛和Eldfell火山。

两天以后,“火势”仍未减退,喷发由裂隙式转为中心式喷发,并且产生了大量的火山碎屑和熔岩流。熔岩流掩埋了岛上的大部分房屋,势不可挡,一路向着镇子和海港的方向前进。作为冰岛的重要港口之一,赫马岛的渔港面临着被掩埋的威胁。

岩浆从赫马岛东部逐渐向北部扩散,几乎要淹没位于北部的海港。

为了拯救家园,赫马岛居民开始用水泵抽取海水,喷洒在流动的岩浆上,使之冷却。 整个“灭火”过程总共动用了约30公里长的水管,43个水泵,喷洒海水的速度达到每秒1立方米,总的海水使用量达到八百万立方米,相同体积的水足以灌满大约4000个奥运会标准游泳池。最终,岩浆成功地被阻隔在海港以外。同年4月,喷发减弱,至7月完全停止。赫马岛的居民重返家园以后,充分利用冷却中的岩浆散发的热量,为工业生产供热。掩埋的部分房屋则被建成了博物馆,对外开放。游客在这儿可以看到时间仿佛被静止了一般:由于匆忙离家,人们准备在早晨时食用的面包仍然摆在餐桌上。

这场“灭火”事件无疑是人类历史上与火山抗争的最成功的一次尝试。但试想,如果没有海水的帮助,人们恐怕不能成功对抗火山。这样凶险的局面,竟不亚于河间地的孪生城中发生的那场“血婚”。

克拉布拉火山:地热带来的财富

除了破坏,火山有时能带来巨额的财富。这样坐在火山口数钱的好买卖,也只有坐在金山上的凯岩王国可以比拟了。

克拉布拉(Krafla)火山位于冰岛北部,距北极圈不到100公里。这个破火山口型的火山(caldera),最初形成于约十万年前的一次流纹质岩浆喷发。经过十万年的演化,如今沿南北向的裂隙方向,散布着十来个大大小小的火山口。目前所见的最大火山口名为Viki,成形于1724至1729年持续五年的喷发活动,人称“米湖之火”(Myvatn Fires)。喷发产生的岩石堵塞了火山口,如同一只被封了底的大盆,从此降水积于此成湖,这一类湖被称为玛珥湖。Viki火山口的玛珥湖湖面直径约350m,仅为长白山天池湖面直径的十分之一,在玛珥湖里,算是型号普通。

火山口玛珥湖,冰雪未融,远处能看见依靠火山地热而存活的发电站。

由于克拉布拉在人类历史时期仅喷发过两次,岩浆活动不太活跃,因此,自1974年起,冰岛政府在Viki火山口以南约两公里处,建起了冰岛最大的地热发电站——克拉布拉发电站,1985年被冰岛最大的电力公司Landsvirkjun收购。整个电站共有33个钻井,将地热转化为电能,其中包括世界上最热的地热钻井——由于与岩浆接触,温度达到430摄氏度。如果地热发电在全球范围内广泛应用,那么可以解决人类的能源问题。不知道野心勃勃的“狮家”,会不会有一天也打起火山的主意?

斯奈菲尔冰川火山:通向地心的秘密通道

艾林谷的鹰巢城是个高耸入云的城堡,似乎藏着通天的秘密。这个秘密最后把艾德·史塔克引向死亡,把七王国引向战乱。斯奈菲尔冰川火山(Snæfellsjökull)也藏着秘密,这个秘密在凡尔纳的《地心游记》中被描述为:直通地球心脏的通道。

已经在冰岛最西端的斯奈山半岛待了七十万年,斯奈菲尔火山的名字在冰岛语中,意为“落雪的冰川”。它高约1450米,山顶常年冰雪覆盖,是整个冰岛西部最大的中心式复合火山(stratovolcano)。从山顶到山脚的地层顺序足以证明这一点:山脚堆积着早期喷发活动形成的玄武质基性熔岩流,山坡及山顶覆盖着晚期喷发形成的中性及酸性岩石。与之类似的复合式火山,最著名的当数日本富士山。

从斯奈山半岛南侧的海面,俯瞰斯奈菲尔冰川火山。

虽然超过一千七百年未发生任何喷发,斯奈菲尔冰川火山却丝毫未被遗忘。因为在法国小说家儒勒·凡尔纳1864年发表的小说——《地心游记》中,主人公们便是从这个火山口出发,向着地心开始漫长旅行的。虽然现代科学早已证明“火山通道的尽头是上地幔,并不能达到地心”,但这本《地心游记》,仍然是“对未知世界敞开无尽想象力”的经典之作。而艾林谷保守的那个秘密,也成了展开“冰与火之歌”的重要线索。

中国青年出版社1999年版《地心游记》。

虽然现代科学早已证明“火山通道的尽头是上地幔,并不能达到地心”,但这本《地心游记》,仍然是“对未知世界敞开无尽想象力”的经典之作。

瑟利赫努卡吉格尔火山:平和的心

如果说平和或者温文尔雅,当然是南方的高庭了。那里的玫瑰花园是每个少女都向往的地方。瑟利赫努卡吉格尔火山Thrhnukagigur(冰岛语意为“三峰火山口”)同样是个温文尔雅的主儿。位于首都雷克雅未克以南约15公里,瑟利赫努卡吉格尔火山的特别之处在于:它是全世界唯一能让人进入其内部的火山。由于已经沉睡了四千年,地质活动很弱,属于“休眠火山”,经过多方面的安全考虑,冰岛政府于2012年对公众开放了这项“进入火山Into the volcano”的旅游项目。

游客乘特制的电梯进入火山。

游客可以在向导的带领下,乘坐一架特别打造的升降电梯,下降约120米,进入火山内部。随后,一个体积约150,000立方米的巨型岩浆房将会展现在眼前。这里就是火山在“酝酿”喷发之前,储存岩浆的地方。由于岩浆的温度通常在800到1200度之间,可想而知,如果这是座仍然活动的火山,哪怕待在这里一秒,也将是炼狱般的灼热。温柔宜人的高庭,能养育“小玫瑰”这样的犀利女子,温文尔雅的瑟利赫努卡吉格尔,也包含着暴烈的热情。

在冰岛这个陆地面积仅仅十万平方公里的国家,竟然分布了如此繁多而各异的火山:有的形成于七十万年前,有的去年仍在喷发。冰与火在这个天寒地冻的国度里,捉对厮杀,轮番登场。如此“现实版“的冰与火传奇,一点也不输给那部魔幻大剧“冰与火之歌”吧。(编辑:Jerrusalem)

参考文献:

  1. http://volcano.si.edu/volcano.cfm?vn=372020
  2. http://volcano.oregonstate.edu/laki-iceland-1783
  3. http://cn.guidetoiceland.is/nature-info/the-deadliest-volcanoes-in-iceland
  4. http://volcano.oregonstate.edu/vwdocs/volc_images/europe_west_asia/heimaey/heimaey.html
  5. http://volcano.si.edu/volcano.cfm?vn=373080
  6. http://volcano.si.edu/volcano.cfm?vn=370010
  7. Gislason et al., 2011. Volcanic ash from the 2010 Eyjafjallajökull eruption. Applied Geochemistry 26, S188-S190.
  8. Sigmundsson et al., 2010. Intrusion triggering of the 2010 Eyjafjallajo¨kull explosive eruption, Nature 468: 426-430.
  9. Thordarson. T., Self. S. 1993. The Laki (Skaftár Fires) and Grímsvötn eruptions in 1783–1785, Bulletin of Volcanology 55 (4), 233–263.
  10. Thordarson. T., Self. S., 2003. Atmospheric and environmental effects of the 1783-1784 Laki eruption: a review and reassessment. Journal of Geophysical Research 108, D1.
  11. Tarasewicz, J., R. S. White, A. W. Woods, B. Brandsdóttir, and M. T. Gudmundsson.,  2012. Magma mobilization by downward-propagating decompression of the Eyjafjallajökull volcanic plumbing system, Geophys. Res. Lett., 39, L19309.
     
The End

发布于2016-10-11, 本文版权属于果壳网(guokr.com),禁止转载。如有需要,请联系果壳

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