火山，大家都很熟悉，它是地下巖漿通過一定的通道，噴到地表后形成的一些山、丘狀地質體。它的形成大致有三個要素：巖漿、通道和引起巖漿上升噴發(fā)的動力。而且?guī)r漿噴到地表才是火山，否則就不能稱為火山。
火山活動是一個完整的地質過程，也是很重要的一種地質作用。在自然界各種自然作用中，我想只有火山作用才能夠從地殼深部一直延伸到地球的上空，就是各個圈層它都能夠達到；而且從地球形成的時候到現(xiàn)在，一直都存在火山活動，所以它在時空演變上，在地球發(fā)展過程中占有重要地位。如果說地球是一個有生命的物體，那么火山應該算是它的鼻孔，巖漿是它的血液，地震是它的脈搏。將地球解剖開來會發(fā)現(xiàn)，它有很多構造和層圈，火山就是從這些構造活躍的部位噴出地表的（圖１）。
圖１ 地球構造及火山
火山對地球演化、生命起源與生物演替及氣候環(huán)境的作用與影響
在整個地球的形成過程中，火山起到了十分重要的作用，或者說，沒有火山就沒有地球。
１、火山在地球形成演化中起重要作用
在太陽系八大行星當中，除了木星的第二顆衛(wèi)星有火山噴發(fā)之外，只有地球有火山噴發(fā)。所以，火山活動是星球有生命力的一種象征，是地球的靈魂，從這一點看，地球可能是太陽系八大行星中最年輕、最富有生命力的。
如果說太陽系的壽命已有130億年，地球的年齡才45.5億年，相比來說，地球還處于青壯年期。在其他的行星當中也有一些火山，但現(xiàn)在沒有噴發(fā)。比如，在整個太陽系當中最大的火山在火星上，火星上的Ｏｌｙｍｐｕｓ火山是迄今發(fā)現(xiàn)的整個太陽系當中最大的火山。這個火山高16.5英里，底座直徑372英里，火山口深40英里。地球從早期形成到現(xiàn)在，已有40多億年了。
地球是分圈層的，有地核、地幔、地殼等，從只有地核沒有地幔，到有地幔而沒有地殼的時候，地球應該完全由巖漿巖組成。那時的巖漿不發(fā)生浸入作用，主要通過火山活動，組成早期地球的巖石主要是火山巖；雖說當今的地球由巖漿巖、沉積巖和變質巖三大類巖石組成，但究其本質還是由巖漿巖組成的，因為沉積巖和變質巖的主要物質來源于巖漿巖，而巖漿巖中火山巖又在早期占主導地位。所以，如果沒有火山活動，可能就沒有地球的形成。火山在地球形成過當中起到了很大作用。
２、火山作用可能與生命起源有關，對生物演替產生重要影響
火山除了在地球演化中發(fā)揮作用，對生物界和生命起源也有一定的影響，這一點可能大家一下子不太理解，火山這個熱火朝天的東西怎么跟生命起源掛上鉤了呢？如果仔細想一想，也是可以理解的。
生命的最后表現(xiàn)形態(tài)是氨基酸、核糖核酸，有了這種復雜的有機物就能有生命。那么核糖核酸是怎么形成的？它是比較復雜的有機質，這個有機質是怎么形成的？我們往前推，最簡單的有機化合物就是碳氫化合物，也就是甲烷和乙炔。這種甲烷和乙炔，只要有碳和氫這兩種元素，在一定條件下就能化合。火山噴發(fā)就可以創(chuàng)造這個條件，尤其是在海底火山噴發(fā)的時候，火山噴發(fā)出大量的氣體和巖漿，接觸到海水，溫度很快下降，從上千度一直降到幾百度，在適當?shù)臏囟认拢儆刑即呋瘎┳饔茫热缯f鐵族元素，這在火山噴發(fā)的物質中是存在的，碳和氫就可以化合成碳氫化合物，形成甲烷或者乙炔這樣簡單的有機化合物。它們進一步聚合，就可以形成更復雜的有機化合物，比如說氨基酸，或核糖核酸，這樣最終就形成了生命。所以在生命起源中，有一種假說或者觀點是火山成因說，是值得考慮的，當然還需要進一步證明和探討。
在整個地球形成演化過程中，發(fā)生過幾次生物大滅絕，是什么原因引起的生物滅絕？不同學派有不同的觀點，比如說，很流行的說法是隕石掉下來造成的生物滅絕。我們就認為火山活動是生物滅絕的重要因素之一，像二疊紀時的生物滅絕和侏羅紀的恐龍滅絕，都可能與當時的火山活動有關系。
３、火山作用對氣候環(huán)境產生重大影響
火山活動對氣候環(huán)境也會產生重大影響。大家知道，地球是分圈層的，到了地球表層就有地圈或者巖石圈、水圈、生物圈，一直到大氣圈。從現(xiàn)在的研究來看，火山噴發(fā)能對各個圈層都產生影響。
火山噴發(fā)出大量火山灰和火山氣體，大規(guī)模的火山噴發(fā)能將火山灰和火山氣體送上35～40千米的高空，然后在高空形成一個穩(wěn)定的氣溶膠層，相對穩(wěn)定幾年或者十幾年，對整個環(huán)境產生影響。應該說，天空是不空的，大氣圈的每一層都有一定物質，比如我們都用手機，若是沒有電離層，手機還能用嗎？
火山噴發(fā)會對氣候環(huán)境產生很大影響，其中一個影響稱為陽傘作用，即火山噴發(fā)以后，在高空形成氣溶膠層，這個氣溶膠層可以遮擋太陽光對地球的輻射，把太陽光輻射熱量擋在氣溶膠層，就好像在高空打著傘似的，使太陽光不能到達地球表面，促使地球表面溫度降低，陰雨天增加。
反過來說，火山噴發(fā)也噴出了大量的二氧化碳等溫室氣體。這些溫室氣體一般升得不很高，好似暖房的棚頂籠罩在地球上空，阻擋地球表面釋放熱量，從而又產生了溫室效應。所以，火山噴發(fā)后這兩種作用都是存在的，一方面是陽傘效應，使地球表面接受的熱量少；另一方面，又產生了溫室效應，會使地球表面釋放的能量不易向空間散發(fā)。另外，火山還會噴發(fā)出大量氣體，這些氣體到了高空與水蒸氣化合，能形成酸雨。
火山噴發(fā)的氣體和火山灰形成氣溶膠層，會彌漫整個地球上空，對氣候環(huán)境產生很大影響。
火山氣體中的鹵族元素，可以跟臭氧化合，從而破壞臭氧層，形成臭氧洞，也會給人類帶來災害。臭氧層起什么作用呢？太陽光和宇宙中都有一些射線叫紫外線，對人體有害。臭氧層可以吸收紫外線，一旦臭氧層被破壞，形成臭氧洞，紫外線就會長驅直入到地球表面，對人類和生物都會產生危害，如果人長期被紫外線照射，就會得皮膚病或者說皮癌。
高空的氣溶膠層和火山灰，對航空也會產生很大影響。
火山作用雕塑了大自然，創(chuàng)造了豐富的財富
火山作用雕塑了大自然，創(chuàng)造了豐富的財富。不夸張地說，火山渾身都是寶，所有的火山物質幾乎都可資利用。盡管火山會造成一些災害，它在十大自然災害中排在第六位，但是火山這種自然現(xiàn)象跟地震有一點區(qū)別?；鹕诫m然有有害的一面，但它有利的地方要遠遠大于不利的地方?；鹕绞谴笞匀坏墓鍖?，主要有六類資源：土地資源、礦產資源、礦泉與溫泉、地熱資源、新型材料、旅游資源。
第一，土地資源。例如，大洋中的島嶼或者陸地，很多都是由火山噴發(fā)形成的。如夏威夷，所有的島嶼都是由火山噴發(fā)形成的?；鹕絿姲l(fā)雖然給航行造成影響，但同時它又給船只長途航行提供了中間站，試想如果沒有島嶼，長途跋涉在大洋當中的艦船連靠岸的地方都沒有，
想補給養(yǎng)都不行，那會是怎樣一種情景？所以說，這些島嶼給大洋航行提供了驛站和港灣，給人們提供了新的居住、休憩的地方，擴大了人類活動的空間。
土地資源也包括由火山噴發(fā)形成的陸地，火山噴發(fā)形成的巖石，即火山巖風化后形成的土壤，火山噴發(fā)產生的火山灰等都能形成肥沃的土地。所以，通?；鹕絽^(qū)的生態(tài)環(huán)境都比較好。
第二，礦產資源。不管是金、銀、鉛、鋅、鎳等金屬礦產，還是硫黃、高嶺石、火山灰等非金屬礦產，以及鉆石、石榴子石等寶石類礦物，許多都是在火山作用下形成的。
第三，礦泉與溫泉。火山區(qū)常常有豐富的礦泉和溫泉。溫泉和礦泉是兩個概念，溫泉水一般是不能喝的，礦泉水可以喝，且因含有多種元素和礦物質，具有很高的飲用和醫(yī)用價值。黑龍江五大連池和內蒙古阿爾山火山區(qū)有非常好的礦泉水，含有多種微量元素，被稱為“國水”；長白山、騰沖等火山區(qū)分布著眾多的溫泉。日本多火山也多溫泉，很多旅館都有溫泉浴。
第四，地熱資源。地下有豐富的熱能，通常深度每增加100米，溫度就升高3℃，整個地球是個熱球，是個巨大的能源庫，尤其是火山區(qū)地熱資源更為豐富。地熱資源可能是未來能夠開發(fā)的一類很重要的能源。因為地熱資源是清潔能源，并且可以再生。除了地熱資源，油氣資源與火山也有關系。
第五，新型材料。大家都知道“點石成金”這個成語，過去說它是一種神話，如今卻成了現(xiàn)實。比如說，火山巖當中有一類巖石叫玄武巖，它是由火山噴發(fā)出來的基性巖漿冷凝后形成的。玄武巖分布很廣泛，在許多地方都能找到。從玄武巖中選擇成分適宜者放到窯爐里，在1400～1500℃下熔化，通過一定工藝就可以拉成像頭發(fā)甚至比頭發(fā)還細的絲，也可以制成巖棉（圖2）。
圖2玄武巖的形成與拉成的絲
這種玄武巖纖維有非常好的性能，可以與碳纖維、玻璃纖維等高性能的纖維媲美，被廣泛用于航空、航天、軍事、交通及建筑等行業(yè)，高爾夫球桿、釣魚竿等都可以用這種材料來做。因為玄武巖是一種無機硅酸鹽，不含有害物質和有毒氣體，生產過程無廢氣、廢物排放，沒有污染，被稱為21世紀綠色工業(yè)材料。
第六，旅游資源。除了上面談到的一些礦產資源，火山還是很好的旅游資源。可以這么說，地球上很多好看的地方都是火山區(qū)，比如，日本的富士山，美國的黃石公園、夏威夷，中國的長白山、鏡泊湖、雁蕩山等，都是火山區(qū)。自然界千奇百怪的美景，都是在自然作用下形成的，其中火山作用就是一個高級雕塑家。
富士山是火山的典型代表，研究火山無不以富士山為例。美國的黃石公園，也是由火山形成的，整個公園就是黃石火山，被認為是地球上第一大火山；火山分級中最大一級，即第八級，就是用黃石火山確定的。北愛爾蘭北海海岸矗立著著名的巨人石，它們是由玄武巖形成的柱狀節(jié)理。
圖3 東非大裂谷北端的巖漿湖
圖3是目前地球上存在的唯一的巖漿湖，它位于非洲埃塞俄比亞北部一個叫艾烈塔拉的地方，靠近吉布提。這個火山口從2005年噴發(fā)到現(xiàn)在還有巖漿，巖漿在火山口底部沸騰著，既不凝固，也不往外噴，好像是巖漿形成的湖泊。一般火山噴發(fā)幾天或者幾十天以后就不噴發(fā)了，噴出的巖漿也很快凝固成火山巖，像這樣的巖漿湖在地球上絕無僅有。曾經(jīng)有人說那里可能要慢慢裂開，形成新的大洋、大洲，我認為那是不可能的?！ ?/span>
智利東邊太平洋中的復活節(jié)島，也是由火山噴發(fā)形成的。島上有很多巨人石雕像（圖4），是用火山噴發(fā)形成的玄武巖雕塑而成的。至今這些石雕像還是個謎。為什么呢？因為這個島很小，當初很少有人居住，也沒有什么重要的交通工具和搬運工具，那么是什么人、什么力量搬運了那幾十噸、上百噸重的石頭并把它雕塑成人像？有人說是外星人搞的，但這外星人是從哪兒來的？即使有，他們有沒有那么大力氣和水平搞這種雕塑，又為什么只到復活節(jié)島去搞？……總之，這是一個謎，復活節(jié)島是一個很神秘的地方。
圖4 復活節(jié)島上的巨人石雕像
再說說維蘇威火山。維蘇威火山位于意大利南部的那不勒斯市市郊，公元79年的一次大噴發(fā)，把離它約20公里的龐貝城全埋了，到1748年才有人發(fā)現(xiàn)火山灰下面有城市跡象，后來這座古城的一部分被發(fā)掘出來，成為現(xiàn)今的龐貝古城遺址，供人們參觀游覽。這是目前全球唯一一處被火山毀掉卻又保存下來的古城遺址，從這座遺址可以看到兩千年前古羅馬時代的社會狀況和文化的繁榮情況。
圖5龐貝古城遺址
下面簡要介紹一下我們中國的火山。雖然中國近百年來幾乎沒有火山噴發(fā)，但是我們的火山也不少，火山景觀也挺壯觀，如長白山的天池、瀑布（這個瀑布落差68米）、鴨綠江大峽谷，黑龍江的五大連池火山群、鏡泊湖熔巖洞，澎湖列島幾乎全由玄武巖組成，其柱狀節(jié)理非常壯觀（圖6）。臺灣陽明山火山風光也很秀麗。還有吉林靖宇四海龍灣、廣東湛江湖光巖等，這些都是火山口形成的湖泊，是我們研究古氣候很有用的載體。
圖6 澎湖玄武巖柱狀節(jié)理
內蒙古阿爾山火山區(qū)的景觀也很好，并且既有溫泉，也有冷泉，還有礦泉，在不太大的地方同時存在溫泉和冷泉很是特殊。而且，每個溫泉含的微量元素不一樣，有的可以治皮膚病，有的可以治關節(jié)炎……
長白山的溫泉溫度很高，可以直接煮熟雞蛋。中國溫泉最多、最大的地方是云南騰沖，那里的大滾鍋水量大、溫度高，周圍有數(shù)以百計的溫泉，各泉的溫度不同，所含的微量元素也不同，僅一個旅館里就有２０余個溫泉，旅客可以選擇不同的溫泉浴。
總之，火山活動是一種重要的地質作用，與地震密切相關。它貫穿于地球的整個時空和各個層圈，在地球形成演化中發(fā)揮重要作用，對全球變化產生重大影響，與生命起源和生物演替密切相關，是地球的靈魂……
它蘊涵著豐富的科學內涵和奧秘，在給自然界和人類社會造成災難的同時，也塑造了氣勢磅礴、絢麗多彩的自然景觀，為人類創(chuàng)造了豐富的財富。神奇的火山是大自然的驕子。
本文摘編自科學出版社2015年1月第1版《科學與中國——院士專家巡講團報告集 第八輯》之劉嘉麒《大自然的瑰寶——火山》。
