火山，大自然的驕子 ｜ 科學咖啡館

山上有孔，以草投孔中，煙焰上發，可熟食。

—— 《讀史方與紀要》

2019 年3 月25 日晚，由科技部引進國外智力管理司、中國科學院科學傳播局、北京科學技術委員會支援，中國科學院物理研究所承辦的第36 期科學咖啡館活動在物理所M樓咖啡廳舉行。

活動邀請的是中國科學院地質與地球物理研究所劉嘉麒院士，劉嘉麒院士長期從事火山地質與第四紀地質等方面的研究，並以科學的視角嚴謹而又風趣地講述了關於火山的故事。在本次報告中，火山及其利用價值的富有趣味的話題，引發了在場嘉賓的熱烈探討。

劉嘉麒院士主題報告現場

初識火山——地球生命的象徵

“地球是有生命的物體，岩漿是它的血液，地震是它的脈搏，火山是它的喉嚨；它充滿著能量，日夜不停地運動著。”劉嘉麒院士一段詩意的敘述很快將大家帶進火山情境中。古時，西方以羅馬神話中火神武爾卡（Vulcan）的名字稱呼地下冒火的現象。而在中國《山海經》有“炎火之山”之說；顧祖禹的《讀史方與紀要》中記載，“火山，在縣西五里，黃河東岸，山上有孔，以草投孔中，煙焰上發，可熟食。”可見，火山這種自然現象很早就已被人類所認識。劉嘉麒院士介紹，“火山是地下岩漿噴出地表形成的錐狀、盾狀及其他形狀的山丘。既包括了火山的形態與特徵，也包括岩漿的成因與運移，以及噴發的形式及產物，是一個完整的地質過程，是一種重要的地質作用。”

火山並不是一直處於爆發的狀態，大致可以分為死火山和活火山兩種型別。通常將全新世（11700 年）以來無噴發記錄的火山稱為“死火山”，例如吉林伊通東尖山；有噴發記錄的火山便稱為“活火山”，沒有噴發活動的活火山也稱“休眠火山”，例如處於休眠狀態的義大利維蘇威火山。全球火山的分佈有一定規律，大都分佈在板塊的邊緣，其中2/3 的火山集中在太平洋邊緣的“火鏈”。這條火鏈從印尼、菲律賓，向北經日本、庫頁島，向東經阿留申群島，至北美、中美和南美洲的西海岸；在非洲東部（東非裂谷），印度洋中的個別島嶼，地中海沿岸，北冰洋的冰島和南極洲的欺騙島等地都有火山產出。中國目前處在休眠狀態的活火山大概有十幾處，其中最大的是長白山火山。

火山資源——自然賜予的寶庫

“火山是很多資源的塑造者，包括土地資源、礦產資源、地熱資源、新材料、溫泉和礦泉資源以及旅遊資源。火山雖然看上去挺恐怖，但其實全身都是寶。”劉嘉麒院士興奮地告訴大家。許多金屬（金、銀、銅、鉛、鋅、鎳）、非金屬（ 石材、高嶺土、火山灰、硫磺），乃至寶石礦產資源與火山作用都有直接或間接的關係。此外，一般火山區都會有礦泉和溫泉。火山區的礦泉非常珍貴，五大連池藥泉山、阿爾山五里泉、吉林靖宇龍泉都是優質的礦泉，含有多種元素和礦物質，具有很高的飲用和醫用價值。同時，火山區的山川壯麗，景色秀美也為當地的旅遊業帶來了發展。

談到火山資源的利用，最令劉嘉麒院士興奮的是他目前所研究的一種新型材料——玄武岩纖維。玄武岩纖維是以天然的火山岩為原料，將其破碎後加入熔窯中，在1450—1500℃熔鍊，透過鉑銠合金拉絲漏板製成的連續纖維。它的綜合性能優良，其他纖維難以比擬，現已被廣泛應用於消防、環保、航空航天、軍工、汽車船舶製造、工程塑膠、建築等諸多領域，堪稱21世紀的“綠色工業材料和新材料”。

中國人民革命軍事博物館宣教室副主任、副研究館員遊雲對火山爆發的能量十分感興趣，她問道，“在火山爆發的過程中，它爆發的能量是否有可能成為人類利用的資源？”劉嘉麒院士回答說，“火山爆發的狀態是比較突然的，而且它的規模、時間和形式都具有不確定性。從目前來說，用來收集這種能量的成本要比這種能量本身帶來的成本要高得多。但是火山區的地熱資源作為火山能量的一種傳遞形式非常值得我們去開發利用。”中宣部宣傳輿情研究中心“學習強國”主編閔勤勤在火山資源開發這一話題的討論中提出，“我們國家對火山資源的開發是否還有限？”劉嘉麒院士坦言，中國目前對火山資源的開發程度相對較小，但火山資源作為寶貴的財富，應該被好好加以利用。

火山災害——端正心態，科學防災

除了包含豐富的資源，火山也是一種非常重大的自然災害。聯合國的10 大災害排名，火山位列第6。火山噴發造成的崩塌、地震、海嘯、衝擊波，和產生的熔岩流、碎屑流、泥石流、火山灰等對生態環境、建築以及生命財產會造成很大破壞。這些年，火山造成的最大的災害就是它形成的泥石流。1985 年11 月13 日哥倫比亞內華多德爾·魯伊斯火山噴發時融化了山頂的部分冰帽，形成大規模的火山泥石流，在金雞納造成上百間房屋倒塌，死亡約1000 人；當晚泥石流包圍了距火山口74 km 遠的阿梅羅城，導致22008 人喪生；火山周圍所有的道路、橋樑、商店、工廠、學校等悉數遭到破壞，損失相當慘重。可見，火山災害不可小覷。

在火山爆發的整個過程中，不僅噴發的物質會給人類的生活帶來一定影響，而且有時海嘯、地震也與火山活動密切相關。火山噴發幾乎都伴隨著地震，通常火山地震發生在火山噴發期間及其前後的一段時間內。這是因為岩漿在向地表運移的過程中，會引起地表破裂和地殼顫抖，而出現地震。尤其在火山噴發之前，地震十分頻繁，因此在火山區，人們把地震看作火山噴發的前兆。

“我們在面臨即將爆發的火山時，是否可以透過預警來儘可能減少損失？”中央電視臺主任編輯李瑛問到。劉嘉麒院士回答說，“對於火山，我們既要謹慎對之，但也不用過於恐慌。實際上，火山基本是可以預報的，相比於地震而言，火山爆發的區域是確定的，再透過觀測岩漿房的狀態就能較好的預測火山爆發。”實際上，更應該值得注意的是提高大家的防災能力。

科普活動與會嘉賓合影

在對自然現象的認識與研討中，本期科學咖啡館落下帷幕。中科院科學傳播局局長周德進評價道，“今晚的活動非常精彩，劉老師的報告令人意猶未盡，思想的火花仍在碰撞。”最後，劉嘉麒院士總結，“神奇的火山是‘大自然的驕子’，蘊含著豐富的科學內涵和奧秘，是探索地球內部資訊的重要視窗。雖然它可能會給自然界和人類社會造成一定災難，但同時它也為我們塑造了氣勢磅礴絢麗多彩的自然景觀，為人類創造了不可多得的財富。” 希望以後我們一想到火山，能如劉嘉麒院士所講述的，更加客觀地認識這位“大自然的驕子”，讓理性的認知在心底紮根，向更多人傳遞科學而準確的“火山名片”。

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（中國科學院物理研究所 龔則周 李淼 魏紅祥供稿）

本文選自《物理》2019年第4期

編輯：井上菌

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