书城自然科学人与自然的奥秘
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第3章 地球的起源之谜(3)

这座火山为患九年后沉寂下来,未再喷发。此山名为帕里库廷火山,是首座几乎自诞生时即受科学家研究的火山。一般火山的活跃期可长达数百万年,这座火山的活跃期却特别短,显得很不寻常,不过由于地处火山带,可能随时再度活跃起来。

活火山是地球上最慑人的自然奇观。地壳深处,甚至在地幔处的熔岩,挤上裂缝,通过地面口子喷出来,就形成活火山。火山的形状因熔岩成分而异。地幔熔岩较稀,流淌铺开,冷凝成岩层,岩层相叠,形成坡度平缓的盾火山。地壳熔岩较稠,形成高耸的锥状火山,例如富士山。全球共有一千三百座活火山,大多位于板块边缘。

火山也可在板块中部诞生。地幔中有些热点,温度比四周高,热点之上就有可能形成火山。夏威夷群岛是最佳例子。这些岛屿是太平洋板块在热点上移动形成的一串巨大盾火山。

世界最大的活火山,是夏威夷岛的冒纳罗亚火山,刚移离热点。其东南方的基拉韦亚火山,正位于热点之上。因此,冒纳罗亚火山渐趋沉静,基拉韦亚火山则更趋活跃;其他岛屿是较老的火山,随板块移动离开热点渐远。

夏威夷群岛的火山都由玄武岩构成。玄武岩是最普遍的一种火成岩,由地幔上层物质构成,颜色暗黑,质地坚硬。夏威夷岛的熔岩就是这种稀淌熔岩,不断从地底流出,冷凝而成火山。炽热的玄武熔岩呈橘色,流速每小时达一百公里。熔岩小部分从峰顶的主火山口喷出,大多则从山坡的长裂缝涌出。

有时候,熔岩流表面冷却凝固,里头却仍旧灼热,继续流淌。喷发停止后,地下就留下长长的中空管道,称为熔岩管。再次喷发时,地面熔岩或会流进这些地下管道,稍后再冒出地面。

夏威夷的玄武岩,因冷凝方式不同分为两种。一种称为绳状火山岩,有的表面因冷却绷紧而变得光滑;有的表面则扭曲成绳状。另一种称为块状火山岩。表层较厚部分冷却后,下面炽热熔岩继续流动,把表层撕裂掰开,形成崎岖不平的松散岩石。

分隔洋底板块的山岭上,有不少火山,长久以来静静地喷出熔岩,不为人见。熔岩涌出后,迅即被海水冷却,表层硬化,形成足球大小的圆球,堆叠起来,称为枕状熔岩。

少数深海火山非常雄伟,山巅露出水面,形成岛屿。冰岛即为中大西洋海岭上一列火山形成的。

一九六三年,一个岛屿在冰岛附近形成,名为瑟特塞岛。熔岩使海水沸腾气化,小岛在漫天蒸汽和气体中诞生,揭示驱使地壳移动的热能何等巨大。随着洋底扩展,瑟特塞岛将移到中大西洋海岭的一旁,最后会熄灭,受海浪侵蚀,变成海底平顶山。同样,夏威夷群岛受太平洋海浪冲蚀’终有一天会消失于海面上,变为海底半顶山。

太平洋板块的边缘潜没到大陆板块下面,熔岩上涌,在俯冲带上形成火山。

太平洋沿岸因此遍布火山,称为太平洋火圈。大陆地壳边缘受拉向下,因高热而熔化,产生大量火山灰、熔岩、蒸汽和气体,使这些火山极为活跃。

火圈中的火山大多是锥状火山,中央有一竖向火山筒,山侧可能有几道次生裂缝。喷出的熔岩,比洋底火山喷出的玄武熔岩稠得多,原因是熔融的大陆地壳含有大量硅质。夏威夷岛那种流动很快的熔岩,来自熔融地幔和洋底地壳,硅质较少。太平洋火圈的火山呈锥状,是由于熔岩黏稠度高,而且有大量火山灰和其他爆炸出来的物质堆积在火山口外。

世界最高的火山,是火圈内安第斯山脉的奥霍斯德尔萨拉多山,耸立于阿根廷与智利边界,海拔六千八百八十七公尺。

火圈中的火山比洋底火山活跃,原因是焰岩稠厚,蒸汽不能逸出,就像香槟酒的气泡。可能爆炸造成多孔的浮石。有些火山沉睡多年,冷却了的熔岩像瓶塞一样,堵住火山颈,阻止下面的熔岩和气体喷出。若内部熔岩越积越多,压力不断增加,甚而使山坡鼓起。最后压力太大,造成猛烈的爆炸,整座山可能炸得粉碎。

一九八〇年五月十八日,美国华盛顿州圣海伦斯火山爆发,山顶和一侧山坡炸开,破坏面积甚广。大团火山灰、气体和蒸汽升到二十五公里上空。

一八一五年四月,印尼坦博拉火山喷发,把一百六十五立方公里的石块和熔岩抛到半空,夺去九万条人命。

喷发后的火山口直径达十一公里。

坦博拉火山那次喷发,跟远古时代一些大规模喷发相比,不过像燃放烟火。美国怀俄明州的黄石破火山口,面积达二千五百平方公里,可以想见当年的喷发规模。

喀拉喀托岛上的火山,沉睡多年,大家以为已经熄灭,岂知其突然爆发,摧毁全岛。有人认为那是人类历史上响声最大的爆炸。爆发引起海晡,破坏范围扩大,数万人死亡。

一八八三年八月二十七日,喀拉喀托岛上火山爆发,当时公认为历史上最猛烈的爆炸。结果三百座村落被毁,三万六千人死亡;一百六十公里外的房屋裂开;四千八百公里外闻得巨响;冲击波环绕地球七圈。

一八八三年初,喀拉喀托仍是巽他海峡上一个普通的火山岛,地处爪哇和荷界属东印度群岛(今印度尼西亚)之间。一般居民对岛上的大火山没有戒心。火山高八百二十公尺,自一六八O年喷发后,再无活跃迹象。拒料一八三年五月二十日,火山锥突然恢复生机,把炽热的火山灰喷上半空。这次喷发很快结束。随后的夏季中,不时有小规模的喷发。由于类似的火山活动在那一带并不罕见,居民大多不以为然。到八月,地下却传出隆隆响声。

八月二十六日下午一时,震耳欲聋的声音响彻全岛。一小时后一团直径二十七公里的黑色火山灰高悬半空,居民纷纷往海上逃生。一名循海路逃过大难的英国人忆述可怜的人们以为世界末日降临,像羊群般聚集起来,同声哭号,场面凄惨。

翌晨,火山猛烈爆发,把整个岛炸开,三分之二土地灰飞烟灭,十九立方公里岩石变为微尘,喷上五十五公里高空,直径二百八十公里的范围一片漆黑。一百六十公里外,爪哇北部的居民听到爆炸巨响;远在西面约四千八百公里外,印度洋罗德里格斯岛的居民听到响声,以为某处展开激烈海战。

整个岛只剩下一个巨大火山口,直径六公里,位于海平面下约二百七十五公尺。火山口注满海水,引发海啸,巨浪高四十公尺,以一千一百公里时速往外冲,几及音速。海水壁立如堵,淹没邻近小岛;连夏威夷和美国加州南部都感觉得到海啸的威力。八月二十八日,爆发平息,其后仍间歇有小规模火山活动,至翌年二月才完全沉寂。

是次爆发,火山锥喷出来的浮岩,在附近海面飘浮,阻碍航道数天之久。其后数月,仍有浮岩在印度洋上漂流。火山灰在大气中循环飘散逾一年,期间全球可见反常的落日光辉。在某些地方,火山灰使太阳和月亮变为蓝色或绿色,使大气温度降低。

地壳构造板块相撞处,火山活动总是十分激烈。印澳板块和欧亚板块相遇处,即爪哇和苏门答腊一带,至少屹立着一百座火山,喀拉喀托只是其中一座。一九二七年十二月,喀拉喀托再次活跃起来,在海平面下产生一个新的小岛。二十五年后,猛烈爆发导致该岛上升,称为小喀拉喀托火山岛。终有一天,这座新生海岛的命运会跟其母岛相同。

喀拉喀托火山爆发,引起海啸。巨浪以雷霆万钧之势横扫陆上,卷走房屋、船只和人。据目击者记载:“……海浪摧毁一切,并吞没居民,连残迹也没留下。”一幅当代蚀刻画描绘汽船被冲到喀拉喀托以北约二十五公里的直鹿勿洞。

喀拉喀托一八八三年大爆发后,只余几个小岩屿。一九五二年,再度活跃起来,产生亚纳喀拉喀托岛,即“小喀拉喀托”。随后多次火山活动使该岛上升;本世纪八十年代中,高于海平面一百八十八公尺。

有人根据喀拉喀托爆发初期的照片,做成蚀刻画,显示该岛被毁前的样子:一个满布热带植物的偏远海岛。

爆发沉寂后,该岛只余一些小岩屿,生物全埋在火山灰里。五年后,才再有动植物生长起来。

巽他海峡上不断有海岛消失后又重生,一八八三年喀拉喀托爆发,不过是这几个循环的一节而已。一百多万年前,火成岩、火山渣、火山灰层层相叠,构成锥状山峰,总高度约为二千一百公尺,其中约三百公尺在海平面以下。其后由于火山活动(据爪哇文《列王纪》记载,时为公元四一六年),山巅被毁,呈碗形陷落,称为破火山口。破火山口部分凸出海平面,形成加拉达、加拉达客西、塞东等小岛。

多年间,又有三个新的火山锥升上海面,最后露出一个大岛,就是喀拉喀托岛,一八三年爆发。一九二七年底,海床上的旧火山锥再次活跃起来,翌年一月产生小喀拉喀托岛,位于海平面之下。其后的火山活动把小岛推出水面。

冰川是如何形成的

虽然见过冰川的人不多,但在许多方面,冰川对人类今后在地球上生存的重要性,不亚于海洋和空气。因为如果地球的气候发生往日曾有过的那种现象,大为转冷,南极洲和格陵兰的冰原就会扩大,使海面降低,后果会带来灾难。反之,如果这些冰原进一步融解,海水就会上涨,全世界濒海地区必然受到严重破坏。

冰川威胁着人类,却也带给人类丰富的资源。世界上的大河,从亚马孙河到恒河’从隆河到哥伦比亚河,多半都发源于冰。全世界约四分之三的淡水,即约七百万立方英里,都结成冰储存起来。据科学家估计,储存量约等于全球六十六年的雨量。

冰川是怎样产生的?简单说来,每遇冬天下降的雪超过夏天融解的雪,就形成冰川。剩余的雪积聚起来,便逐渐变成冰。第一步变化是从雪片变为微小的冰晶,称为“万年雪”或“永久冰雪”。雪暴接连降落,积雪日深,精致的冰晶便会越来越紧密,而重新结晶成为近乎球形的坚硬冰粒。随着积雪逐年增加,冰块逐渐增大,并且越来越坚硬。

这种像岩石般的大冰块怎会移动?冰川学家有几个学说,彼此还在争论中,但他们大致同意冰块厚度达到一百至一百五十英尺时,便起变化。晶状冰在冰川深处遭受重大压力时,变为半可塑性,受到地心引力开始流动。可是,无人确实知道冰川在什么地方和在什么温度就会流动。科学家凿隧道深入格陵兰的冰块里面,发觉冰川与地面坚实地冻结在一起,但距地面一英尺到三十英尺的冰却在移动中。

不管真正的构因如何,大多数冰川每天只移动一英寸或一两英尺(有些冰川全不移动)。但也有打破记录的,移动速度惊人。一九六六年,有一位机师在加拿大育空区飞越史提尔山时,看见一条极壮观的冰川,每小时移动两英尺——每天几达五十英尺!那条冰川长二十二英里、宽一英里余,有规律地向前冲行,所向披靡,一切东西都被它冲毁带走。

许多世纪以来,冰川已使地球面貌大为改观。冰川挟万钧之力冲凿地面,挖成北美洲五大湖和挪威沿海的峡湾,凿成阿尔卑斯山高耸的马特杭峰,以及掘成络矶山脉那些惊险的峡谷。

冰川怎样做出这些杰作呢?冰川沿着峡谷向前移动时,一路上把两旁和谷底的大小岩石及泥土都挖了起来。岩块碎石随着冰川前进,又把下面的基岩磨蚀,使冰蚀槽扩宽加深。

上次冰期在一万八千年前达到最高点时,地球陆地大约有百分之三十给许多冰原覆盖了。其中两个至今犹存,一个在格陵兰,一个在南极洲。全球约亩分之九十七的冰川都在这两个地方。南极洲面积约五百五十万平方英里,比欧洲还大。整个南极洲都给坚冰盖着,有许多地方露出阿尔卑斯山那样高的山脉,又有些地方冰原厚达一万二千英尺。

地球上第二大冰冠在格陵兰,占地七十万八千平方英里。巨大的冰山从险峻的格陵兰高原崩裂下来,滑人汪洋,漂流数百英里之外。一九一二年四月十四日晚上,这样的一座冰山漂在大西洋上,竟然把号称“不沉之船”的英国豪华客轮“泰坦尼克”号撞沉。

地球上其余的冰川在北美洲、南美洲、欧洲、亚洲、非洲和新西兰。这些冰川虽也可观,但比起格陵兰和南极洲的却小得多。总括起来,地球的地面目前约有百分之十为冰川所掩盖。

现代的冰川研究起源于瑞士科学家亚加齐的好奇心。一百年前,他着手测量阿尔卑斯山高处冰川移动的实况。今天,大批冰川学家在探测各地的冰川,研究冰川进退的原因、冰川流动的构因、新冰期发生的可能性和时机,以及其他有关的问题。

南极洲是进行冰川研究的主要地方。来自十余国的科学家利用大批新仪器和新技术,集中在那里从事广泛的测量调查。一九六九年,一队科学家和工程师在南极西部拜尔德站钻探冰原,钻到七千多英尺深处。他们用特别设计的旋转式钻机,取出一条连续不断的冰岩石,直径四英寸,可以清楚看到极地简史,从而窥见地球的过去,实在令人兴奋。

举例来说,把二万五千至十万年前结在冰里的氧加以分析,可研究当时地球大气的成分。在一万至一万四千年前的坚冰里,发现几层火山,大概是古代一场大灾变后沉落的。约八百五十英尺深处,发现耶稣在世时期所降的雪结成的冰;在最上面的冰层里,又认出染有我们原子时代放射成的冰。钻探人员在七千一百英尺深的冰孔下面发现水,表示压力作用加上地球本身的热力使冰融解。

科学家为什么对南极洲的冰川发生如此浓厚的兴趣呢?主持钻探工作的美国国家科学基金会说南极洲冰冠对世界气候有极大的影响。这个大淡水库若有任何重大变化,就会引起海面、雨量、河流和湖面的变动,因而影响人类的生存环境。

美国地理学会的着名冰川学家费尔特说南极洲占有世界冰量约百分之九十,事实上是一个超级的冷冻系统。假如南极冰冠全部融解,目前各海洋的水面就可能升髙二百英尺,足以淹浸沿海地区和世界各大港口城市。

上次冰期是怎样形成的?科学家的意见并不一致。他们确实知道,几百万年前,地球开始转冷。四个巨大的冰原相继侵袭北半球。在欧洲,斯堪底纳维亚半岛积冰高逾八千英尺。冰原向南推进,掩盖了英格兰北部和德国,还向东推进,几乎到达莫斯科。在北美洲,积冰到处伸展,一直到把过半大陆掩盖了才停止。冰原厚一英尺,南边远达俄亥俄和密苏里河谷。上次冰期的冰约在一万三千年前开始迅速消退。融解后的水使各海洋的水面上升四百英尺上下,达到目前的水平。

科学家对这次气候极端变化的成因,有几个假设,大家争论得很激烈。根据“太阳辐射”说,太阳辐射放出的能量有所改变,地球上的气候也随之改变。因此,在太阳辐射强度减弱的时期,地球就可能变冷,冷得足以引起一次冰期。