牛津通识读本：地球 [14]
这样的喷发可以生成很多种不同的火山岩。火山灰和火山渣在落地之前质地坚硬，但在落地后则会形成松软的凝灰岩层。如果碎屑仍是熔融态的，则会形成熔结凝灰岩。靠近火山口的地方，会有大块岩浆被抛出。如果它们在落地时还是熔融状态，就会形成飞溅的炸弹，看出去有点像牛粪团。如果仍在飞行中的熔岩炸弹在空中凝结一层固态外壳，就会形成一枚剥层火山弹，看上去更像是一大块发酵面包。迅速猝熄的熔岩可能会形成一种被称作黑曜岩的火山玻璃。有时熔岩固化时内部仍有气泡，即所谓的气囊。有时熔岩中的气泡会形成泡沫，这样生成的浮岩密度很低，能够漂在水上。熔岩流的表面可能非常粗糙，像煤渣一样，在夏威夷人们称之为“啊啊”（a a）熔岩。（这是夏威夷语的一个单词，而不是人试图走过熔岩时发出的尖叫！）流体熔岩流形成的一层薄皮可能会起皱变成流线，生成绳状熔岩。有时会拉出细股的熔岩，这种效果有时被称为“佩蕾的发丝”。
太平洋火圈
只要避开火喷涌和快速流动的熔岩，夏威夷岛的火山喷发还是相当安全的。但大多数火山可不是这样。太平洋大部分都在火圈包围之中，那些火山的性情可要暴烈得多。当海洋板块下潜进大陆或岛弧的潜没带下，就形成了所谓的成层火山。这些火山常常是风景明信片的主角。日本富士山就是其中之一，它有着陡峭的圆锥形斜坡，积雪盖顶，火山口终年烟雾缭绕。但人们往往被这类火山的美丽外表所迷惑，对其险恶的行为视而不见。它们因频繁的地震和突然间剧烈的火山喷发而臭名昭著，比如日本的云仙岳火山和菲律宾的皮纳图博火山均在1991年显露出狰狞面目。它们之所以被称为成层火山，是因为熔岩、火山灰或火山渣交替的分层结构，喷涌所及的范围远大于山峰本身。
它们之所以比夏威夷火山表现暴戾，是因为岩浆不是来自地幔的清洁新生物质。其地下的下沉物质是旧洋壳，其中浸透了水，既有存在于气孔和裂隙中的液态水，也有与含水矿物结合的水。随着板块下潜，因为深度，可能也是摩擦力的作用，水被加热了。水的存在降低了熔融点，因而发生了部分熔融。压力非常大，以至于水在熔融物中很容易溶解，为其润滑，从而使得这部分岩浆向上挤压通过上面的陆壳。在它接近地表的过程中，压力下降，水分开始变成蒸汽逸出。这一过程非常迅速和剧烈，很像在充分摇动一瓶香槟之后拔去塞子，气体逸出的情形。
在上升过程中，岩浆会聚积在岩浆房中，直至积聚足够的压力喷发出去。在此期间，致密的矿物会固化并下落到岩浆房的底部。这些矿物，尤其是铁化合物，是令玄武岩变得黝黑致密的物质。留待喷发的熔融物颜色较浅，所含的氧化硅更多——在某些情况下含量高达70%-80%，而玄武岩中的氧化硅含量最多只有50%。它所形成的岩石被称为流纹岩和安山岩，是日本和安第斯山脉等地特有的岩石。喷发十分剧烈，不仅是由于含水量较高，还因为这种富含氧化硅的熔岩的黏性也高得多。它们不易流动，气泡不容易逸出。这种熔岩无法像夏威夷火山喷发那样形成喷射，只会一路轰鸣，喷薄而出。
圣海伦斯火山
近年来最著名的一次火山喷发就是一座这种类型的火山。圣海伦斯火山位于美国西北的华盛顿州，那里是太平洋板块潜没之处。1980年初，那里还是一个松林湖泊环绕的美丽山脉，也是度假胜地。自1857年以来，它几乎没有过什么活动的迹象。然后，就在1980年3月20日，一系列小地颤累积成4.2级的地震，火山再度苏醒过来。地颤持续增加，引发了小型的山崩，直到3月27日，顶上火山口发生了一次大喷发，圣海伦斯火山开始喷涌出火山灰和蒸汽。盛行风将暗色的火山灰吹向一侧，另一侧则被白雪覆盖。火山呈现出黑白相映的景象。
截至那时，还没有熔岩喷发出来，从火山口逸出的只是蒸汽和被吹出的火山灰。但逸出的蒸汽是预警信号，表示火山下的炙热岩浆上升。地震活动继续，但测震仪也开始记录有节奏的连续地面震动，与地震的大幅震荡截然不同。这种所谓的谐波震颤据信是由火山下的岩浆上升而产生的。到5月中旬，所记录的地震达到一万次，在圣海伦斯火山北侧还出现了显著的隆起。地球物理学家向置放在隆起周围的反射器发射激光束，以此来测量隆起的速度，它以每天1.5米的惊人速度向北推进。到5月12日，隆起的某些部位比岩浆侵入开始前高了138米多。火山几乎被楔成两半，进入了极度不稳定的危险状态。
5月18日星期天一大早，基思和多萝西·斯托费尔乘坐一架小飞机越过火山上空时，突然注意到岩石和积雪向火山口内部滑落。几秒之内，顶部火山口的整个北侧开始移动。隆起部分在大山崩中塌陷下去。那情景就像拔出了香槟瓶口的塞子。里面的岩浆暴露在空气中。几乎瞬间便发生了爆炸。斯托费尔夫妇赶紧驾机俯冲以便提速逃生。美国地质勘探局的戴维·约翰斯顿就没那么走运了。在他使用无线电波从火山以北10公里处的观测站发送出最后一道激光束测量值之后一个半小时，北侧山坡塌陷下来，爆炸朝着他席卷爆炸开始的时间比山崩晚了几秒，但爆炸很快就占据上风。它散开的速度超过了每小时1000公里。在方圆12公里范围内，树木不但倒地，还被卷走。生灵涂炭，人造物荡然无存。30公里开外的树木也被掀倒，只在低洼处有零星的小片林子得以幸存。甚至在更远的野外，树叶也被热量烤焦，枝干惨遭折断。
图18 1980年美国华盛顿州圣海伦斯火山喷发是近年来最壮观的景象之一，也留下了最精确完整的记录。火山灰和烟雾升腾近20公里进入大气层
而去。算他在内，共有57人在此次火山喷发中遇难。
横向爆炸过后不久，一道笔直的火山灰和蒸汽柱开始上升。不到10分钟就升到了20公里之高，并开始扩展成为典型的蘑菇云。盘旋的火山灰颗粒产生了静电，闪电造成了很多森林火灾。大风很快将火山灰吹到东面，航天卫星得以环绕地球跟踪其踪迹。火山灰落在美国西北部的大部分地区，厚度在1-10厘米之间。在9个小时的剧烈喷发期间，大约有5.4亿吨火山灰落在5.7万平方公里的土地上。
然而，这类火山喷发的另一个危险是所谓的火山碎屑流。它们是由爆炸散落的岩石或岩浆颗粒组成的，在一团高温气体中，以每小时数百公里的速度横扫开去。其温度和速度足以致命。1902年，西印度群岛马丁尼克岛上的培雷火山喷发，火山碎屑流扫荡了圣皮埃尔市，全市3万居民几乎全部罹难。颇有讽刺意味的是，两名幸存者中，有一位是由于被单独监禁在通风不佳的厚墙牢房里而活了下来。圣海伦斯火山的火山碎屑流并不比山崩碎片所到之处更远，然而在某些地方，喷发物质抵达古老的湖底，热量仍足以将湖水闪爆成蒸汽，那情形就像是次级火山喷发。公元79年，或许就是火山碎屑流摧毁了古城庞贝。
圣海伦斯火山本身的高度比喷发前矮了400米，中间产生了一个大大的新火山口。1988年又有数次爆发式喷发，1992年也有一次，但都不如第一次那样壮观。如今，山上到处都是科学仪器，它们完全能够捕捉到进一步活动的迹象。
过去的爆发
圣海伦斯火山的喷发或许看似可怕，但与史上和史前其他火山喷发相比，还算是小规模的。这次喷发将1.4立方公里的物质抛到空中。相比之下，1815年印度尼西亚的坦博拉火山喷发喷射出大约30立方公里的物质，而公元前5000年，美国俄勒冈州马札马火山的一次喷发产生了大约40立方公里的火山灰。1883年，喀拉喀托岛（位于爪哇岛西面，而非电影[34]片名中所说的东面）喷发，在洋底留下了一个290米深的火山口。共有3.6万人伤亡，大多数溺死于随后的海啸，在海啸中，40米高的巨浪将一艘蒸汽船深深搁浅在丛林中。大约公元前1627年，轮到爱琴海的桑托林岛——或称希拉岛——喷发。那次喷发发生于弥诺斯文明[35]青铜时代的鼎盛时期，很可能成为这一文明衰败的原因之一，也是关于失落的亚特兰蒂斯大陆的传说的来源。在地质学的时间尺度上，这些也不过是一系列剧烈喷发中距今最近的几次而已。
火山的剖析
人们关于火山的刻板印象，无非是圆锥形的山峦坐落在水池一样的岩浆房上，从顶上火山口中喷出岩浆，然而事实上，很少有真实的火山与这种刻板形象相符。西西里岛的埃特纳火山是学界研究最全面的火山之一，它显然要复杂得多。这是一座非常活跃的火山，地质年龄很可能只有大约25万年。当然它不可能一直持续着近30年来人们所观测到的活跃程度，否则它应该更大一些。它与维苏威火山以及它北面的武尔卡诺岛和斯特龙博利岛等火山岛不同。那些是由爱奥尼亚海海底的潜没作用所提供的喷发物质组成的成层火山。与之相反，埃特纳火山可能源自地幔柱。但它似乎天性善变。对不同年代的熔岩组成的测量显示，近来它开始呈现出更多前一种火山的特性，也就是说，更像是它北方那些由潜没作用注入物质的火山了；此外，其喷发的性质看来也的确在改变，变得越来越剧烈，具有潜在的危险。
在埃特纳这样的火山下面进行测量和研究会非常复杂。并不存在什么现成的中空管道系统坐等岩浆的到来；岩浆必须经由阻力最小的路线强行上升。在地幔柱中，首选路线很可能是易于被泪滴形的上升岩浆块推开的低密度物质柱。在更坚硬的地壳中，岩浆必须找到一条穿过裂隙的路线。大型火山非常重，会使其所在的地壳超载，形成同心裂纹网。火山活跃期停止后，它会沿着这些裂纹塌陷，生成一个宽阔的破火山口。随着岩浆继续上升，它会强行进入裂纹，形成同心的圆锥形薄板或环状岩墙的脉群。火山内部的岩浆上升会造成其隆起，并爆裂成一系列小型的地颤。在埃特纳火山这个例子中，顶上火山口显示出近乎持续的活跃度。我曾在静止期爬上陡峭而疏松的火山渣锥向内窥视。即使在那时，地面摸上去仍是温热的，空气中也有硫磺的气味。火山口喷发出水蒸气，发出的声音与我想象中巨人或恶龙的鼾声没有什么不同。
有时，恶龙醒来，火山口边缘便不再是安全的立脚之所。喷发开始时，直径达一米之大的炙热岩石块可能会被抛到空中。1979年的一次火山喷发便是如此开始的，但随后被一场大雨浇得陷入沉默，导致了火山口内侧的滑塌。然而，压力累积起来并引发了爆炸。不幸的是，当时火山口周围还站着很多游客。那场喷发中有30人受伤，9人遇难。英国公开大学的约翰·默里博士回忆起