顧亞寧

顧亞寧，中國(guó)地震局地質(zhì)研究所活動(dòng)火山研究室在讀碩士研究生。2016 年獲上海師范大學(xué)地理信息科學(xué)學(xué)士學(xué)位，目前開(kāi)展利用無(wú)人機(jī)和ArcGIS 軟件進(jìn)行五大連池老黑山地區(qū)熔巖流流動(dòng)過(guò)程的恢復(fù)工作，參與中國(guó)地震局地質(zhì)研究所活動(dòng)火山研究室參與火山網(wǎng)站建設(shè)、運(yùn)維，以及中國(guó)大陸重點(diǎn)火山區(qū)地質(zhì)調(diào)查和數(shù)據(jù)庫(kù)建設(shè)設(shè)計(jì)與研究工作。

概 述

火山是地球上十分美麗壯觀且令人震撼的地貌形態(tài)，它是由火山噴發(fā)作用將地球深部物質(zhì)噴出地表，并堆積所形成的具有特殊結(jié)構(gòu)和形態(tài)的山體。地殼之下100～150千米處，有一個(gè)“液態(tài)區(qū)”，存在著高溫、高壓的巖漿，其主要是含氣體揮發(fā)成份的熔融狀硅酸鹽物質(zhì)。巖漿一旦從地殼薄弱處沖出地表，就形成了火山。

火山是地球內(nèi)部劇烈運(yùn)動(dòng)的一種表現(xiàn)形式，是人們窺探地球內(nèi)部組成、演化和變動(dòng)的一個(gè)窗口?；鹕交顒?dòng)與人類(lèi)的生存、生活和生產(chǎn)活動(dòng)息息相關(guān)，火山活動(dòng)是創(chuàng)造自然財(cái)富的重要源泉，許多礦產(chǎn)資源的形成都與火山活動(dòng)有關(guān)。

火山財(cái)富

火山從巖漿活動(dòng)到噴發(fā)再到休眠，一直是把雙刃劍，一方面它會(huì)帶來(lái)火山碎屑流、火山灰、熔巖流、火山泥石流、火山地震與山體滑坡等地質(zhì)災(zāi)害，另一方面它也能給人類(lèi)生產(chǎn)生活帶來(lái)許許多多的便利和財(cái)富。比如形成豐富的旅游資源、地?zé)崮茉?、火山材料資源等（圖1）。除此之外，還會(huì)對(duì)生態(tài)和地質(zhì)研究起到一些積極的影響。

圖1 火山的3類(lèi)財(cái)富

（一）旅游資源

1.簡(jiǎn)介

火山旅游資源是通過(guò)發(fā)現(xiàn)、發(fā)掘、發(fā)揮、改善和提高等技術(shù)過(guò)程能夠成為旅游吸引物并變成旅游產(chǎn)品的各種火山資源和火山文化。其中火山資源是指與火山作用有關(guān)的資源，火山文化是指人類(lèi)利用火山資源所創(chuàng)造的物質(zhì)和精神財(cái)富以及行為方式的總和?；鹕铰糜钨Y源包括火山地質(zhì)地貌、火山礦產(chǎn)與能源、火山區(qū)水體景觀、火山區(qū)生物群落、火山噴發(fā)、火山物質(zhì)文化、火山精神文化和火山行為文化（表1）。

2.火山旅游資源及相關(guān)景點(diǎn)

火山地貌包括火山口、火山錐、火山彈、柱狀節(jié)理、熔巖隧道、炭化木、低平火口湖、各種熔巖流等。著名的有北愛(ài)爾蘭巨人岬的多邊形玄武巖巖石柱群、中國(guó)海口的七十二熔巖洞、日本富士山火山錐、西班牙的蘭薩若特火山島、意大利維蘇威火山區(qū)的龐貝古城（圖2）、中國(guó)長(zhǎng)白山天池火山炭化木、中國(guó)廣東湛江市和德國(guó)艾菲爾地區(qū)的低平火口湖和中國(guó)五大連池地區(qū)的熔巖流景觀等。

表1 火山旅游資源表

火山礦產(chǎn)旅游資源主要是火山溫泉、火山礦泉和火山石材，其他大部分用于開(kāi)發(fā)旅游工藝品。日本對(duì)于火山溫泉的開(kāi)發(fā)和研究是世界領(lǐng)先的（圖3），以山野溫泉為主題，打造了獨(dú)特的溫泉文化；五大連池地區(qū)的冷礦泉同樣聞名遐邇；火山土壤一般用于火山農(nóng)業(yè)觀光。

火山區(qū)水體景觀可用于旅游觀光和體育旅游，著名的有美國(guó)黃石公園的五彩池和間歇泉、巴西和阿根廷交界地區(qū)的伊瓜蘇瀑布以及我國(guó)吉林的長(zhǎng)白山天池和黑龍江的鏡泊湖?；鹕缴锶郝湟蚴芑鹕交顒?dòng)影響，尤其是火山噴發(fā)的影響，而表現(xiàn)出更頻繁的遷徙和新生性，由此大多數(shù)火山區(qū)都有一些獨(dú)特的動(dòng)物或奇花異草，一般用于參觀游覽、保健療養(yǎng)、體育運(yùn)動(dòng)、科學(xué)研究和科普教育，比較著名的有坦桑尼亞的乞力馬扎羅山和夏威夷火山國(guó)家公園。

火山的噴發(fā)是火山區(qū)別于其他山體的根本標(biāo)志，火山噴發(fā)是最為壯觀、最為神奇的地質(zhì)現(xiàn)象之一。著名的有冰島火山的溢流式噴發(fā)、夏威夷火山的寧?kù)o式噴發(fā)、意大利埃特納火山的中心式噴發(fā)。為了能讓更多的人切身感受到火山噴發(fā)的壯觀和神奇，模擬火山噴發(fā)日漸火熱，其中著名的人工火山噴發(fā)有美國(guó)拉斯維加斯海市蜃樓大酒店和我國(guó)的深圳之窗公園。

火山文化是火山地區(qū)最具有特色的旅游資源，著名的有美國(guó)的夏威夷、 西班牙蘭薩若特島等火山地區(qū)利用火山區(qū)地?zé)岷婵臼澄飿O具表演性和觀賞性。夏威夷人的草裙舞表演也享有盛名。韓國(guó)濟(jì)州島的“石頭爺爺”寓意深刻，頗受游客青睞。此外，以火山科普為主題的火山博物館，也日益成為火山旅游的熱點(diǎn)。

長(zhǎng)白山景區(qū)是一個(gè)典型的火山生態(tài)區(qū)，也是重要且高熱度的火山景點(diǎn)。橫亙?cè)谥谐瘍蓢?guó)邊界的長(zhǎng)白山，不僅擁有全世界海拔最高的火山湖——天池，而且獨(dú)享世界上保存最完整的典型溫帶山地自然綜合體。長(zhǎng)白山火山幾經(jīng)噴發(fā)、休眠，火山噴發(fā)物堆積在火山口周?chē)纬梢蕴斐貫橹行牡幕鹕藉F體，經(jīng)多年強(qiáng)烈的風(fēng)蝕作用、寒冬風(fēng)化作用、流水侵蝕作用等，形成了門(mén)類(lèi)齊全的地貌類(lèi)型和絢麗多姿的垂直景觀帶，塑造了長(zhǎng)白山古老而美麗的山體。長(zhǎng)白山原始森林茂密，素有長(zhǎng)白林海之稱(chēng)，除此之外，還有罕見(jiàn)的高山濕地和高山苔原景觀。據(jù)統(tǒng)計(jì)，目前長(zhǎng)白山共有野生植物2500多種，野生動(dòng)物1500多種，包括國(guó)家一級(jí)保護(hù)動(dòng)物東北虎、國(guó)家一級(jí)保護(hù)動(dòng)物梅花鹿、國(guó)家二級(jí)保護(hù)動(dòng)物水獺、國(guó)家一級(jí)保護(hù)植物紫杉（東北紅豆杉）、國(guó)家三級(jí)保護(hù)植物長(zhǎng)白紅景天和國(guó)家三級(jí)保護(hù)植物草蓯蓉等。長(zhǎng)白山另一生態(tài)奇觀就是被譽(yù)為“萬(wàn)水之源”的水系奇觀，除了美不勝收的瀑布景觀,冰天雪地里的溫泉和鑲嵌在長(zhǎng)白山山巔的火山湖天池，其塑造的獨(dú)特的長(zhǎng)白山火山區(qū)水系生態(tài)圈也是舉世聞名的。

圖2 龐貝古城

在旅游資源之外，火山還會(huì)對(duì)生態(tài)方面（主要是植被、土母質(zhì)、地形、水文、氣候和生物多樣性）有著直接或間接的影響。伴隨著火山活動(dòng)，火山區(qū)會(huì)形成千姿百態(tài)的自然景觀和多樣的生態(tài)環(huán)境。而地質(zhì)遺跡資源是重要的、珍貴的世界自然遺產(chǎn)。擁有地質(zhì)遺跡資源的地域，其文化和自然遺產(chǎn)也是人類(lèi)和世界遺產(chǎn)的精華，并且具有景觀典型性和資源壟斷性，以及十分重要的資源價(jià)值和科研價(jià)值。

開(kāi)發(fā)利用火山旅游資源和發(fā)展火山旅游的趨勢(shì)將生態(tài)旅游和文化旅游有機(jī)結(jié)合，成為火山生態(tài)文化旅游。所謂火山生態(tài)文化旅游，就是以由火山資源及其環(huán)境所構(gòu)成的火山生態(tài)為對(duì)象的，以滿(mǎn)足火山生態(tài)體驗(yàn)和火山文化感受為需求的，以促進(jìn)火山生態(tài)保護(hù)和火山文化傳承的可持續(xù)發(fā)展的旅游形式。

（二）地?zé)崮茉?/h3>

1.簡(jiǎn)介

地球是一個(gè)龐大的熱庫(kù)，蘊(yùn)藏著巨大的熱能。地?zé)崾莵?lái)自地球內(nèi)部核裂變產(chǎn)生的一種能量資源，這種熱量滲出地表，就可能形成地?zé)崽铩?/p>

由于構(gòu)造原因，地球表面的熱流量分布不勻，形成了地?zé)岙惓?，如果再具備蓋層、儲(chǔ)層、導(dǎo)熱、導(dǎo)水等地質(zhì)條件，就可以進(jìn)行地?zé)豳Y源的開(kāi)發(fā)利用?；鹕降?zé)崾桥c火山活動(dòng)有關(guān)的地下熱能，火山爆發(fā)是地球內(nèi)部熱能在地表的最強(qiáng)烈顯示。除此之外，溫泉、沸泉、間歇泉、水熱爆炸、水熱蝕變等均為地?zé)嵩诘乇淼娘@示。

2.地?zé)豳Y源的分布及著名熱田

地?zé)豳Y源大部分分布在板塊之間的地震—火山帶及其附近地區(qū)。環(huán)太平洋地?zé)釒в忻绹?guó)蓋瑟爾斯、長(zhǎng)谷、羅斯福,墨西哥塞羅、普列托,新西蘭懷臘開(kāi)，中國(guó)臺(tái)灣馬槽，日本松川、大岳等許多著名的地?zé)崽?。地中海—喜馬拉雅地?zé)釒в惺澜绲谝蛔責(zé)岚l(fā)電站——意大利拉德瑞羅小型地?zé)犭娬竞椭袊?guó)著名的西藏羊八井和云南騰沖地?zé)崽?。大西洋中脊地?zé)釒в斜鶏u的克拉弗拉、納馬菲亞爾和亞速爾群島等一些地?zé)崽?。紅海一亞丁灣一東非裂谷地?zé)釒в屑继?、埃塞俄比亞、肯尼亞等?guó)的地?zé)崽?。除了在板塊邊界部位形成地殼高熱流區(qū)而出現(xiàn)高溫地?zé)崽锿猓诎鍓K內(nèi)部靠近板塊邊界部位，在一定地質(zhì)條件下也可形成相對(duì)的高熱流區(qū)，如中國(guó)東部的膠東半島、遼東半島、華北平原及東南沿海等地。其熱流值達(dá)到1.7～2.0熱流單位，大于大陸平均熱流值1.46熱流單位。

圖3 北海道湯之川溫泉

3.地?zé)崂谩孕挛魈m和冰島為例

世界各國(guó)對(duì)地?zé)崮茉炊加胁煌潭鹊睦茫ū?）。新西蘭、冰島等一些多火山國(guó)家，地?zé)豳Y源豐富，對(duì)地?zé)豳Y源的利用技術(shù)較早，并建有大量的地?zé)犭娬?。新西蘭地處太平洋板塊西南緣與印度洋板塊的縫合線(xiàn)上，是世界上火山活動(dòng)最頻繁的國(guó)家之一，也是地?zé)岚l(fā)電站建立最早和規(guī)模最大的地區(qū)之一。其主要活火山和地?zé)崽镂挥谔詹ɑ鹕綆?，已?jīng)開(kāi)發(fā)的有懷拉基、布羅德蘭茲、羅托卡瓦、卡維勞、奧哈基、莫?jiǎng)P等地?zé)崽?。其中新西蘭最大的地?zé)崽铩獞牙責(zé)崽镂挥谛挛魈m北島中央火山帶中部偏南、陶波湖北東約16km處，地?zé)崃黧w溫度達(dá)260℃，有高溫地?zé)峋?00多眼，其中60多眼用于發(fā)電，井深一般介于600～1200m。懷拉基地?zé)犭娬臼鞘澜缟系谝蛔脻裾羝l(fā)電的地?zé)犭娬?，也是僅次于意大利拉德瑞羅地?zé)犭娬镜氖澜绲诙€(gè)地?zé)岚l(fā)電站。自1958年建成以來(lái)，已成功運(yùn)行60年，總裝機(jī)容量約180MW，年總發(fā)電量達(dá)1505GW·h。

表2 2014年世界主要地?zé)崮芾梅植?/p>

冰島由于地處火山活動(dòng)頻繁地帶，可開(kāi)發(fā)的地?zé)崮転?50億千瓦時(shí)，地?zé)崮苣臧l(fā)電量可達(dá)72億千瓦時(shí)，那里的人民很好地利用了這一資源，雖然開(kāi)發(fā)的僅占其中的7%，但已經(jīng)給當(dāng)?shù)厝嗣駧?lái)了很多效益。其中，雷克雅未克周?chē)?座地?zé)犭娬緸?5萬(wàn)冰島人提供熱水和電力，而整個(gè)冰島有85%的居民都通過(guò)地?zé)崛∨５責(zé)豳Y源干凈衛(wèi)生，大大減少了石油等能源進(jìn)口。自1975年后，冰島空氣質(zhì)量大為改善。冰島在長(zhǎng)期利用地?zé)徇^(guò)程中，摸索出一套科學(xué)高效的階梯利用技術(shù)，即從地?zé)峋谐槌龈邷責(zé)崴驼羝?，?jīng)分離后用高溫蒸汽進(jìn)行發(fā)電；用高溫?zé)崴畬⒌蜏氐乇硭訜嶂?0℃左右后輸入市區(qū)，供居民住宅、游泳池等采暖使用；通過(guò)熱交換器冷卻后的地?zé)崴写罅繉?duì)人體有益的礦物質(zhì)，則用于溫泉療養(yǎng)區(qū)的洗浴保??；此后的地?zé)崴疁囟纫廊惠^高，經(jīng)處理后用于綠色溫室種植、養(yǎng)殖業(yè)供暖。

隨著社會(huì)發(fā)展，人們的生活觀念、環(huán)境、能源等都在發(fā)生變化，礦物燃料高峰時(shí)代逐漸消弱。而儲(chǔ)存于地下的地?zé)崮苁且环N清潔能源，可再生能源，不受氣候條件影響，既可以作為基本負(fù)荷能，也可以作為峰值負(fù)荷能使用。而且從開(kāi)發(fā)成本上看，相比于其他可再生能源更有發(fā)展?jié)摿Α?/p>

（三）火山材料

1．簡(jiǎn)介

火山材料具有很多獨(dú)特的物理性質(zhì)，加上成本相對(duì)便宜，因此是建筑和制造業(yè)的理想選擇。世界上幾乎到處都有火山巖，每年約有6～8km3的新火山物質(zhì)噴發(fā)，在近2km3的地面物質(zhì)中，80%是火山碎屑流、巖屑崩落和火山灰等顆粒物質(zhì)。

2．火山材料的用途

火山灰和火山黏土是許多工業(yè)材料的常見(jiàn)添加劑：浮石是很好的磨料；火山黏土可以用作潤(rùn)滑劑和添加劑；火山灰能在很大程度上提高該區(qū)域的土地肥力（圖4）。膨潤(rùn)土（圖5）是一種灰白色的蒙脫石黏土，是由火山巖風(fēng)化形成的。它是一種硅酸鹽類(lèi)物質(zhì)，它能吸收水分，并具有基本的交換性質(zhì)。膨潤(rùn)土有多種用途，包括鑄造、動(dòng)物飼料、鉆井泥漿、吸收劑、工業(yè)和特種用途。浮石是一種多孔、富含氣泡的低密度火山玻璃。由于它的低密度很容易處理，于是容易分解成更細(xì)的顆粒從而被廣泛地用作磨料，包括砂紙、砂輪、“洗牛仔褲的石頭”“熔巖”手皂等。

珍珠巖和火山渣被用于道路建設(shè)和建筑材料的生產(chǎn)(如混凝土和火山渣塊)。珍珠巖是一種高度水化的火山玻璃，一般用作輕粒料，但也有一些特殊用途。它可以替代輕質(zhì)墻面石膏中的沙子，也可以用于陶瓷產(chǎn)品、填料和過(guò)濾器。珍珠巖由于其高裂縫密度和高表面積，有通氣和保水的雙重能力，這是植物根系正常運(yùn)作所必需的。火山渣主要用于混凝土和火山渣塊的制造。在道路建設(shè)中，高強(qiáng)度、高絕緣性能的柔性路基是道路建設(shè)的重要組成部分。此外，按特定尺寸分類(lèi)的火山渣也成為白蟻等掘進(jìn)型害蟲(chóng)的有效屏障。

圖4 剛果火山為農(nóng)民帶來(lái)了肥沃的土壤

圖5 膨潤(rùn)土，相當(dāng)不引人注目，夾在泥灰?guī)r（下面的沙子單元的一部分）和礫石之間

火山巖由于其穩(wěn)定性、強(qiáng)度、顏色、可利用性和耐風(fēng)化性等特點(diǎn)，在世界范圍內(nèi)得到廣泛應(yīng)用。它的用途從簡(jiǎn)單的被用作花園墻到巴洛克式的大教堂，再到現(xiàn)代的摩天大樓，不一而足。塊狀火山巖是一種很好的建筑材料，因?yàn)槿蹘r和火成巖具有很高的強(qiáng)度和良好的保溫性能。這種石頭在歐洲和英國(guó)都被用作紀(jì)念碑和教堂。

圖6 羅托魯瓦—— 坐落在一堆活火山頂上的硫磺城市

圖7 橄欖石是礦物橄欖石的寶石級(jí)品種，其化學(xué)成分包括鐵和鎂，而鐵元素正是橄欖石黃綠色色彩的成因

除了大量的硫磺（圖6）外，火山巖石中還會(huì)有各種各樣有價(jià)值的礦物。火山巖常常產(chǎn)生半寶石。橄欖石（圖7）在玄武巖中很常見(jiàn)，輝石巖也是如此。更奇異的礦物可以在熔巖中找到，例如在德國(guó)中部的粗面巖中發(fā)現(xiàn)一種稀有的輝石礦物，在墨西哥和美國(guó)西南部的流紋巖中發(fā)現(xiàn)黃玉。火山玻璃也可以被熔化和塑造成合成的“寶石”。作為儲(chǔ)存礦產(chǎn)的地層，火山巖及其周邊地區(qū)除了金伯利巖外還會(huì)有金、銀和鉬的產(chǎn)出；同樣，由于多氣孔的特質(zhì)，火山活動(dòng)引起的背斜和向斜，會(huì)有油氣的儲(chǔ)存。

火山噴發(fā)物還會(huì)有地質(zhì)方面的意義，主要是和地球動(dòng)力學(xué)、大地構(gòu)造學(xué)、深部地質(zhì)學(xué)和礦床學(xué)有著較為深刻的聯(lián)系和指示?；鹕綆r漿來(lái)自地幔和地殼，是巖石圈內(nèi)部各層圈相互作用的產(chǎn)物，它帶來(lái)巖石圈物質(zhì)的直接信息，人們視之為天然的深鉆和巖石圈的探針；火山活動(dòng)常常帶來(lái)有用的成礦物質(zhì)和熱源，從而形成與火山有關(guān)的金屬、非金屬寶玉石和自然景觀資源；火山學(xué)也是有關(guān)礦床成因研究的基礎(chǔ)，眾所周知，現(xiàn)代火山地?zé)岢傻V作用為人類(lèi)認(rèn)識(shí)乃至探測(cè)古火山低溫淺成熱液礦床——斑巖型礦床提供了重要借鑒。

火山材料在歷史上一直為人類(lèi)所使用。在全球范圍內(nèi)，火山噴發(fā)的速度或多或少是穩(wěn)定的，因此，新的火山爆發(fā)總是會(huì)補(bǔ)充火山的原料。除了火山爆發(fā)帶來(lái)的興奮、敬畏和科學(xué)價(jià)值外，在很大程度上，火山將繼續(xù)為維持現(xiàn)代生活的工業(yè)需求提供原材料。

結(jié) 語(yǔ)

火山財(cái)富主要體現(xiàn)在地?zé)崮茉?、火山噴出物資源、旅游資源三個(gè)方面。旅游資源主要是以火山為核心的景區(qū)開(kāi)發(fā)和所形成的獨(dú)特的火山文化，以及對(duì)于生態(tài)方面的意義；地?zé)崮茉粗饕枪┡?、溫泉養(yǎng)區(qū)和地?zé)犭娬镜膽?yīng)用；火山材料資源主要是各種礦產(chǎn)資源和肥料制作、建筑石材等各種工業(yè)材料以及和地質(zhì)學(xué)尤其是地球動(dòng)力學(xué)、大地構(gòu)造學(xué)、深部地質(zhì)學(xué)和礦床學(xué)等科學(xué)方面的聯(lián)系和指示。

火山噴發(fā)帶來(lái)人類(lèi)許多地質(zhì)災(zāi)害和次生災(zāi)害的同時(shí)，也能給人類(lèi)生產(chǎn)生活帶來(lái)許許多多的便利和財(cái)富。