本帖最后由 源济 于 2019-12-2 02:51 PM 编辑
费杰,复旦大学中国历史地理研究所副教授。
其实不光是长白山天池火山,整个历史时期的火山都还有非常非常多的未解之谜。我觉得对我来讲,火山研究的魅力可能就在于不断地探索。
火山会说话 各位朋友,大家下午好。我是来自复旦大学中国历史地理研究所的费杰。 在过去近20年的时间里面,我主要从事的是关于历史时期火山喷发的气候效应这方面的研究。其实这方面的从业者非常少,全世界可能也就几十个人,所以非常有幸福感。 为什么要从事这方面的研究呢?我们知道,现在的火山喷发都有监测记录。历史时期的火山喷发,可能在规模或者类型等各方面,都超过了现在的火山喷发,所以对它的研究非常有助于加深我们对火山的认识,对气候的认识。 但是这些火山又没有检测,不会说话,所以我就希望通过研究,来让这些不会说话的历史时期的火山,能够说起话来。 有的朋友可能觉得火山喷发离我们很遥远,但其实一点都不遥远。就在几年前(2010年),冰岛的一次非常小规模的火山喷发,造成了冰岛严重的空气污染,这一地区所有的航空运输全部中断了。不知道当时有没有哪位朋友滞留在机场,如果有的话应该印象会很深刻。
冰岛的这个火山是裂隙式的火山,它是发育在大洋中脊这些地方,但其实更多的是这种锥状的火山。
▲ 左:裂隙式火山。右:锥状火山
我们看一下,左边的是冰岛的Laki火山,它是一种典型的裂隙式火山。右边的是非常著名的日本富士山,它是一座活火山,是锥状火山。
▲ 左:裂隙式的冰岛Laki火山。右:锥状火山日本富士山 那什么是活火山?活火山一般讲就是在全新世,在过去一万年有过喷发的火山。还有一些火山可能史前时期曾经喷发过,但是到了全新世它就不喷发了,这样的火山就称为死火山。但是有些火山乍一看,它已经是一个死火山,但是有时候因为岩浆突然又活跃起来,它睡着睡着又突然就醒了,这种火山我们就称它为休眠火山。
刚刚介绍的其实都是活火山。我们看一下,这几个是死火山。这是南京江宁的方山,它最后喷发于大概10到11个百万年以前。
合肥的大蜀山最后喷发于大概36个百万年以前。这两个火山离我们都很近,朋友们有机会也可以去看一下,现在都被建成了地质公园。
还有一种类型,比方讲像苏州的虎丘。
苏州的虎丘其实也是一座火山,但是它是在恐龙的那个年代,就是在中生代喷发。因为它喷发得太早了,虽然它的熔岩流,就是这些玄武岩还在,但是我们一般已经不把它称为火山,因为它上一次喷发距今已经上亿年了。我们已经把它逐出了火山界。 火山有大有小。一般可能大家觉得它就是一个山包,但其实有些非常大的火山,它可以形成一个高原。像印度主体——德干高原,其实就是在中生代末期,由大规模的火山喷发,熔岩流堆积而形成的一个高原。所以火山喷发可以造就一个高原。 小的火山,大家看一下,这是意大利的一座火山布斯卡火山。
上面这些火山都是喷岩浆的,其实还有一些比较特殊的,像这个。
这个火山是不喷岩浆的,因为它温度比较低,只能喷泥浆,所以就称它为泥火山。江苏的溧阳就有这种泥火山,大家有机会可以去看看。 如果说一个火山,它连泥浆都喷不出来,只能喷一些热的水,那这种情况下我们也就不再叫它火山,而称它为温泉。 那我们来看一下,现在地球上的活火山都分布在什么地方。
这张图中,这些红点不是火山,而是地震的震中。这些地震的震中,其实正好勾勒出了我们地球上板块的边界。 黑色的三角形代表火山,我们可以看到,其实大多数的火山都分布在板块的边界,其中最多的是在这种消亡型的板块边界,也就是地壳消失的地方、板块碰撞的地方,这里一般都会形成锥状的火山。还有一小部分发育在大洋的中脊上面,一般会形成裂隙式的火山,后面这种火山比较少见。 我们下面来看一看,火山到底会对人类造成哪些危害。公元79年,意大利的维苏威火山喷发,其实这是一次小规模的喷发,但是它的熔岩流掩埋了附近的庞贝城。这是当时的一些遇难者。
如果是一个比较大规模的火山,像1991年菲律宾的皮纳图博火山的喷发,它的喷发柱超过30公里,已经深入到了平流层,比飞机巡航的高度还要高很多。这个喷发就造成了显著了气候效应,在1992年,就是它喷发的次年,全球平均气温降低了0.5度。
可能大家觉得0.5度不算什么,但其实这个降温并不是平均的,而是表现为很多低温灾害。比如中国的东北在这一年夏天就经历了严重的低温冷害。这次降温还有一个效果,就是它一度中止了我们这些年来全球变暖的趋势。 如果放眼到更久远的地质时期,像印度德干高原的火山喷发,它大概发生在距今6500万年前,也就是中生代和新生代交界的时候。
这次火山爆发背后的原因,可能是这个时间点上的一个陨击事件,也就是小行星撞到了墨西哥的尤卡坦半岛,激发了全球范围内的火山喷发,其中就包括德干高原的火山喷发,然后造成了全球范围的生物大灭绝,绝大多数的恐龙都在那个时候灭绝了。当然这只是科学家的一种推测。
我们看一下火山喷发对大气的影响到底是怎么样的。这是小规模的喷发,它的喷发柱只停留在对流层,所以喷出的火山灰很快就被降水冲刷到地面,所以不会有明显的气候效应。
大家可能以为火山喷发之后,因为有火,所以气温会升高,但其实火山喷发最主要的气候效应是造成地面的降温。
如果是大规模的喷发,它的喷发柱会进入到平流层,就是超过了飞机巡航的高度。它在平流层停留,然后太阳辐射就会被火山灰和它的一些衍生物给散射或者反射掉,到达地面的太阳光就变少了,地面就变冷了。
我们来看一下,这是过去600年火山喷发造成的全球性的降温。这个图的纵坐标是温度的变化,横坐标是年份,上面的温度是用北半球高纬度地区的树木年轮来指示的。
这个地区的树木年轮,主要是受控于夏季的温度。当夏季温度比较高,天气比较暖和的时候,树轮就长得宽;如果比较冷,树轮长得就窄。所以通过测量树轮的宽度,就可以重现过去的夏季温度的变化。 我们可以看到,在这张图上面最冷的一个夏天——1601年的夏天,其实是对应的秘鲁的怀纳普蒂纳的喷发。另外一个标红的就是所谓的“无夏之年”,对应的是1815年的坦博拉火山喷发。 其实在这张图上面,绝大多数的凉夏,就是特别寒冷的夏天,都对应了火山喷发。所以其实大家可以看到,火山喷发是气候变化的一个非常重要的原因。特别是在历史时期,人类活动的影响很小的时候,火山喷发和太阳活动就是气候变化的两个最重要的原因。 我们下面来看几个例子。这是公元934年冰岛的埃尔加火山喷发。这个火山喷发的规模很大,喷出地表的二氧化硫等气体的量非常大,喷发持续的时间也很长,有三到八年。 ▲ 约934 AD,冰岛埃尔加(Eldgjá)火山喷发持续3到8年,共喷出地表232Mt二氧化硫
这次火山喷发虽然规模很大,但是因为距今年代很久远,而那个时候在欧洲又是“黑暗时期”,所以资料很少。但是经过一些学者的努力,最近发现,它带来的降温集中在939年前后。
▲ Chenet et al., 2005; Self et al., 2004; Oppenheimer et al., 2018
这次火山喷发的时候,中国正处在五代十国时期,中原地区是后晋王朝,北方是契丹,是辽国。
我去寻找了相关的历史文献资料,就发现《辽史》记载,在939年的盛夏,7月份,内蒙古的东南部下雪了。939年的冬天,在开封那一带,也就是后晋的首都附近,“大雪害民,五旬未止”。
到下一年,940年的冬季,11月份,在南京、扬州一带的运河已经封冻,漕运都中断了。941年初,在山东的莱州湾,海冰非常严重,从海岸一直延伸到海里面一百多华里。所以我们可以发现,在939年到940年,中国经历了非常严重的降温。 |