北京时间1月15日，太平洋岛国汤加的一座火山大喷发，一时间喷涌的气体裹挟大量火山灰冲出洋面形成壮观的蘑菇云，喷发高度最高达到25千米以上，其规模之大，在卫星上都清晰可见。
很多读者都听说过火山喷发，但对于火山喷发背后的科学道理以及除了灾害火山还能带来什么，却不一定了解。我们邀请南京大学地质学博士刘汉永就相关知识做一些介绍。
火山喷发概念图。
地球板块相撞把水带入地幔酝酿出炽热岩浆
火山和地震其实是一对朋友，它们经常出现在同样的地区，都因为地球的板块相撞而形成。
很多人都知道，全球有两大火山地震带，即环太平洋火山地震带和地中海-喜马拉雅火山地震带。但是，为什么在这两个地方会有这么多的火山和地震呢？答案就是它们处于板块的边界上。
地球上的板块分为大洋板块和大陆板块，它们漂浮在软流圈之上，一般大洋板块厚度小，而大陆板块厚度大。当大洋板块和一个大陆板块相遇相撞时，大洋板块就可能会进入这个大陆板块的下面，插入地球炙热的地幔中，地质学家称之为板块的俯冲。
随大洋板块进入地幔的，不仅有坚硬的岩石，还有一种常见的物质——水。地幔的温度非常高，可以达到℃以上，但仍未达到地幔岩石的熔点，不会产生岩浆。但是，如果俯冲的大洋板块把水带入地幔深部，就会显著降低岩石的熔点，甚至降到℃以下。这个时候，就会有一部分岩石开始熔融，形成岩浆了。
随着熔融的进行，岩浆越来越多，一部分就可能会涌出地表，形成火山；而另一部分，则可能会聚集到地壳的下面，进一步加热地壳导致熔融，熔融的地壳再喷出地表形成火山。
这两种过程形成的火山表现出不同的喷发形式，前一种形成的岩浆温度高、粘度低，能以一种比较平静的方式涌出地表；而后一种形成的岩浆温度低、粘度大，喷发的方式往往比较剧烈，形成壮观的蘑菇云，将火山碎屑抛向很远的地方。这次汤加火山的喷发就是后一种方式，历史上造成比较大损失的火山喷发也大多是这种，比如在公元79年毁灭庞贝古城的维苏威火山喷发。
在环太平洋地区，太平洋板块向周围板块的下面俯冲，形成了一系列的火山，仅活火山就达座，占世界活火山数量的80%以上。汤加就位于这一火山地震带的西南缘，这里是太平洋板块向印度-澳大利亚板块之下俯冲形成的。过去年，这里的海底火山活动十分活跃，曾经历多次喷发，不断塑造着岛屿的面貌。
地中海-喜马拉雅火山地震带，可以一直延伸到东南亚，在这里，非洲板块和印度板块向欧亚板块之下俯冲，它们之间曾经是一片汪洋，现在大多数洋盆已经消失了，仅剩下地中海。这里也有数量众多的火山。
全球主要火山-地震带。红色区域为火山-地震多发区
火山喷发或引发过生物大灭绝但也带来宝藏
本次汤加火山喷发引起了剧烈的海啸，汹涌的海水席卷了多个岛屿，造成汤加与外界的联系中断，多人伤亡，食物和饮用水短缺，给当地人带来了沉重的灾难。而历史上，火山的喷发曾引起过更大的危机。
在2.5亿年前的二叠纪末期，发生了地球历史上最大规模的生物大灭绝事件，大约80%以上的海洋生物、70%以上的陆生脊椎动物永远地消失了。目前有一种观点认为，这次生物大灭绝的元凶之一就是火山喷发。在2.5亿年以前，西伯利亚和当时位于赤道附近的中国峨眉山等地发生了大规模的火山喷发。仅西伯利亚，在几十万年内喷出的岩浆就有万立方千米，面积大约万平方千米（大于四个新疆）。随火山喷出的，不仅有滚烫的岩浆，还会有二氧化碳、甲烷甚至有毒的硫化物等气体，这些气体带来的后果是地球急剧升温，大气和海洋氧含量降低以及海洋的酸化（二氧化碳溶于海洋）等，这些对生物来说都是致命性的，当时的生物圈几乎遭到了毁灭性打击，花费了一千多万年的时间才恢复了生机。
而在人类的历史上，火山喷发也同样造成过全球性的破坏。据历史记载，南宋宝祐五年（公元年）的冬天，“西湖冰合”，也就是西湖完全被冻上了。西湖结冰并不少见，一般在冬天，局部湖面会结冰，但完全冻住则十分罕见。与此相应，那几年的欧洲也是严寒，导致作物歉收，引起普遍的饥荒。年的一项研究认为，这可能是位于印度尼西亚的林贾尼火山在年的喷发导致的。这可能是人类历史上经历的最大一次火山喷发活动，火山灰进入大气平流层，飘到了中国和欧洲等地，造成太阳光照减少，夏天凉爽，冬日酷寒。这次酷寒可能导致北方游牧民族加剧南侵，最终南宋被元所灭（年）。
甚至有学者认为，人类历史上的多次严寒都可能与火山有关。比如，中国的南北朝时期天气也比较寒冷，可能就是当时一系列的火山活动导致的。这次极冷事件造成了中国数百年的混乱，而在欧洲，曾经强大的西罗马帝国的首都罗马也被来自北方的日耳曼人攻破（年）。
然而许多人不知道，很多十分重要的宝贵金属矿藏，恰是因为火山活动才得以形成的。比如铁储量占中国总量16%的攀枝花铁矿的形成就与2.5亿年以前峨眉山的火山活动有关。而智利全球储量最大的铜矿，也与当地剧烈的火山岩浆活动有关系。
一些对人类生活有重要作用的金属，如铜、钛、镍，以及稀土元素，在地幔或地壳内的含量是非常低的，岩浆活动一个非常重要的作用就是会把这些元素富集起来，随着岩浆的演化结晶成为不同的矿物，形成相对应的矿床。可以说，大部分的金属矿床都与岩浆和火山的活动有关系。
长白山有“千年喷发”大周期
我们似乎很少听到中国火山喷发的消息。其实中国也有火山，只不过近些年来没有喷发而已。有报道的中国境内最近一次火山喷发发生在的新疆和田地区，规模很小，当时也只是在地方报纸有报道。
中国目前的活火山主要分布在东北地区（如长白山、五大连池）、腾冲、海南岛和台湾的北部等地，最有名的莫过于长白山火山。
长白山位于中朝边界，顶部天池是旅游胜地，也是一个火山口。与汤加火山相似，长白山火山的形成也与太平洋的俯冲有关。在日本东边，太平洋板块斜插俯冲进入欧亚板块之下，到了长白山已经下沉到地下公里深度了，也把水带到了这里并释放。随后这些被释放的水上升进入到上面的地幔中，导致地幔的熔融形成岩浆，继而喷出形成的长白山。地球物理学的探测结果也表明，在长白山下面约十来公里就有一个岩浆房。
根据地质学家的研究，长白山每间隔大约一千年会有一次剧烈的喷发活动，称为“千年大喷发”。历史记载，上一次千年大喷发发生在年，距今已经超过了年。根据调查，年的这次大喷发喷出的火山碎屑物质可能达到立方千米以上，是两千年来人类历史上最大的火山活动之一，形成的火山碎屑至少在沿火山中心50公里的范围内造成了巨大的灾害，在一些峡谷中碎屑的堆积厚度可达50米，现在的长白山天池就形成于这次喷发。
在随后的、和年，长白山又发生了几次小规模的活动。在年至年间，在长白山方圆50公里的范围内地震活动异常活跃，平均每个月发生70多起一级以上的地震，比正常年份多一个数量级，甚至在年的一个月内发生了次，最大震级达到了4.5级。地震活动的增加可能代表了地下的岩浆异常活跃，当时地质学家就推测长白山可能又要大喷发了，但最终大喷发并没有来。不过目前长白山仍处于“千年大喷发”节点上，我们仍要对它的活动保持警惕。
长白山天池
延伸阅读
火山爆发是可以监测和预报的
虽然地震和火山经常并称，都是常见的地质现象，不过对它们两个的监测和预报却不完全一样。
地震发生在地震带，但容易发生大地震的地震带非常长，地震的前兆也非常不明显，预测难度很大。火山喷发不一样，都是在一个点上，上次喷发的位置基本就是下一次喷发的地方。火山喷发源于地下岩浆的运动，在喷发前岩浆会先在地下涌动，引起一连串的地震，同时引起地面的膨胀，造成形变；而且，岩浆中更容易逃逸的气体也会提前沿着地下的缝隙到达地表，这些都是可以被我们监测到的。
目前，综合运用多种手段，已经实现了对火山活动的准确预报。如年菲律宾的皮纳图博火山喷发前，根据前兆性地震活动、地形变和二氧化硫气体数据，并与地质学研究结合，这次火山喷发被准确地预报，周围居民提前撤离，避免了很多损失。
目前我国已经建立比较完善的火山监测网，监测对象分别是吉林长白山天池火山、龙岗火山、云南腾冲火山、黑龙江五大连池火山、镜泊湖火山和海南琼北火山，监测手段包括地震、地形变、重力、电磁、地化、地温等。完全有理由相信，对这里有可能出现的火山活动，我们都可以提前做出预测。
图片来源：视觉中国
来源北京日报客户端
记者王鸿良
编辑蔡文清
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