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大同火山是死火山、活火山还是休眠火山?死火山还能“复活”吗?

?作者:苏德辰(中国地质科学院地质研究所)郑文君(山西省大同市云州区广播电视台)卢美(山西省大同市云州区火山地质公园管理处)孙爱萍(中国地质科学院地质研究所)

来源:《知识就是力量》杂志

提到火山,人们往往会想到诸如冰岛、日本、新西兰、印度尼西亚、美国等国家的火山,殊不知中国也有火山,并且还很多。典型实例有吉林的长白山、黑龙江的五大连池和镜泊湖、内蒙古的阿尔山、广东和海南的雷琼火山群、山西的大同火山、云南的腾冲火山、台湾的基隆火山和大屯火山等。而大同火山,指的是大同火山群,是华北地区保存最完好、出露最完整、规模最大的第四纪火山群,也是世界上唯一发育在黄土高原上、大陆板块内部裂谷系火山盆地内的火山群。因此,大同火山群也被誉为“东亚大陆稀有的自然遗产”和“火山地质博物馆”。接下来,就让我们走进这座“火山地质博物馆”,看看有哪些神奇之处。

造型奇怪的锥形山包

在山西省北部与河北省西北部的桑干河流域,有一个面积近1万平方千米的大盆地,称为大同―泥河湾盆地,它坐落在冀北山地、蒙古高原与山西高原之间的过渡地带,大同市就坐落在盆地的西北侧。从大同市区向东30~60千米的范围内,有一系列高差几十米到几百米的锥形山包,这些矗立在盆地内的山包形态比较特别,大部分内低外高,外围又往往有个缺口,特别像马蹄或簸箕。古人利用这些山势,在山顶建有寺庙或烽燧,在山下耕种安居。1929年,法国古生物学家兼神学家德日进与中国古生物学家杨钟健在此地进行古生物调查时,确认这些山包是一个火山群。

为什么大同盆地会有火山

距今约300万年以前,山西大同与河北阳原之间因地下岩浆和断裂活动形成了一个断陷盆地,盆地曾长时间被水覆盖,与现今的贝加尔湖类似。水量多时,大同、阳原和蔚县等地可以连为一体。水位下降时,则分散成多个独立的湖泊。因此,这个区域经常是水草丰美的动物乐园,生活过大量的珍稀动物。20世纪20年代,大量动物化石在阳原县泥河湾村首先被科学家发现,被命名为泥河湾动物群。大约在距今90万年至9万年之间,地下岩浆活动导致大同古湖及周边区域的火山喷发,形成了大同火山群。之后,大部分火山口都被几万年前的风成黄土覆盖。距今两三万年左右,永定河将华北平原与大同古湖贯通,大同湖水连同大量湖泊沉积物通过永定河流入华北平原,现在大同盆地的桑干河(永定河上游)就是在大同古湖的基础上发育的。数千年来,人们在这里安居乐业。大同火山群由32座大小不等的火山构成,在全国各火山群中名列榜首,成为中国六大著名火山群之一。

活火山还是死火山

地质学家、古生物学家、中国科学院院士――尹赞勋

1932年9月,地质学家、古生物学家尹赞勋来到了大同火山群,对10多座火山进行了调查,他发现所有的火山都曾经被数万年前的风成黄土所覆盖,这种黄土形成于一个特定的时期,在地质学上称为马兰黄土。马兰黄土之上,不曾发现任何火山活动的痕迹,因此,他根据火山喷发物与黄土层之间的堆叠关系做出判断,认为最新的火山活动大约发生在距今10万年到6、7万年之间,属于不再活动的死火山黑山脚下的黄土冲沟。冲沟,或称蚀沟,为流水在侵蚀作用下在土壤中形成的地形,一般会在丘陵的山坡上形成。冲沟很像一个缩小版的山谷,但是通常深度、宽度不过十米上下但在1956年,苏联地质学家列别金斯基在对大同火山进行考察和系统采样后却认为,大同火山最近的喷发时间是在人类社会出现以后,所以,他推断大同火山群里的火山不是死火山,是休眠火山。大同火山最后几期的喷发活动是在人类历史时期,大同火山群的火山都不是死火山,而是随时可以再次喷发的休眠火山。到了1975年,社会上不断出现大同火山将要爆发的传闻,对当地的生产生活秩序造成了极大影响。大同离北京的直线距离不足300千米,如果大同火山爆发,还将影响周边省份,甚至危及整个华北。于是,尹赞勋先生又一次来到大同,经过野外实地调查、综合考古、历史等多方面的证据,再次判定大同火山群都属于死火山。之后又有多位科学家对大同火山进行了多学科研究,已经确认大同火山群有3~4个大的活跃期,主要喷发时代始于距今80万年左右,终止于距今10万至9万年,每个大的活跃期又都有多次火山喷发,随着测试技术发展,以后会有更多,更精确的年龄数据,但目前得到的数据都支持尹赞勋得出的死火山结论。

什么是活火山、休眠火山和死火山

地球是46亿年前由众多围绕在太阳周边的尘埃和岩块互相碰撞吸积而成。如今46亿年过去了,地下的岩浆一刻也没有停止过活动,经常会沿着一定的通道向上侵入,如果喷出地表,则往往形成以锥状为主的各种形态的山体,这就是我们常说的火山。

岩浆向上喷出的通道称为岩浆通道,岩浆的出口称为火山口。从地下岩浆开始向上侵入、到喷出地表沉降、冷却的整个过程称为火山作用。火山喷发时,除液态岩浆外,往往还夹杂着火山灰、水汽和大量岩屑。

根据火山的活动性,可以把火山分为活火山、休眠火山和死火山。人类历史时期喷发过,地下仍有岩浆活动且具有喷发能力的火山称为活火山。处于暂停状态、将来还可能喷发的火山称为休眠火山,休眠火山与活火山之间没有严格的界线。而人类历史记录以来从没有喷发过,岩浆活动已经停止,将来也不可能再喷发的火山则称为死火山。

金山上的火山岩?

死火山居然还能“复活”?

人类对火山活动性的误判会酿成大祸。墨西哥的钦乔纳尔火山从1360年至20世纪70年代从来没有喷发过,因此有人认为它已经“死”了。1982年年初,当地发生了多次地震,地质学家认为这是火山复活的前兆,可是地质学家的预警未被重视。1982年3月底至4月初,这座火山连续3次剧烈爆发,喷射出700万吨有毒的二氧化硫气体和2000万吨碎屑物。遮天蔽日的火山灰最高到达2万米高空,导致长达数年的全球气温下降。强大的火山喷发还摧毁了以前的火山口,火山的海拔则由喷发前的1260米降为1060米,周围9个村庄被火山摧毁,数万人倾家荡产,上千人丧生。因此科学家一直对全球的主要火山进行监测和研究,以尽量避免对火山活动性的误判。

2019年2月拍的墨西哥软乔纳尔火山(图片来源/谷歌地球)?

注:本文为国家自然科学基金项目(编号41772116)资助的成果(责任编辑/ 陈天昊美术编辑/ 周游)