作者：边子豪1, 赵勇伟1, 郭正府,2

当地时间2023年11月11日，冰岛宣布进入紧急状态，并预测火山即将爆发。自10月下旬以来，冰岛西南部已经发生了2.4万次地震，仅在11月8日至9日的24小时内，冰岛西南部雷克雅内斯半岛大约发生了1400次地震。十多年以前，冰岛艾雅法拉火山喷发就曾瘫痪了整个欧洲的航空。如今，冰岛火山再一次蠢蠢欲动蓄势待发，火山喷发的阴霾再次吸引了全球的关注。人们不禁要问“冰之岛”为什么会有火山？冰岛火山有什么与众不同之处牵动着所有人的关注？这里的火山喷发到底会有什么危害？回答这些问题首先从冰岛独特的地质背景和喷发历史说起。

图1 冰岛位置

（图片源自Google earth）

1 地质背景

冰岛是北大西洋中的一个岛国，是欧洲仅次于英国的第二大岛，面积10.3万Km2，位于北冰洋和北大西洋的交汇处（图1）。在大西洋海底有一条长达16000千米的巨型“裂谷”，流淌着来自地球深部的岩浆，这就是“大洋中脊”（图2）。在大洋中脊的一些特殊的位置，岩浆尤其集中在很小的区域喷发，这就是“热点”。冰岛恰好地处大西洋中脊上，又坐落在“热点”之上，所以注定是一个火山活动频繁的国家（图3）。冰岛本身是早中新世晚期以来大西洋中洋脊裂谷溢出的火山物质堆积而成的火山岛。

冰岛地处高纬度靠近北极圈，南部属于温带海洋性气候，北部属于苔原气候。冰川面积占全岛的约11.5％，其中的瓦特纳冰原面积达8450平方千米，厚度在几百米到2千米之间，是除南极和格陵兰之外世界最大的冰川。冰岛的内陆主要是平原地貌，境内多分布沙质地、冷却的熔岩平原和冰川。整个冰岛是个碗状高地，四周为海岸山脉，中间为一高原。冰岛大部分是熔岩台地，台地高度大多在400至800米之间，个别山峰可达1300至1700米，最高峰是华纳达尔斯火山，高度为2119米。冰岛的低地面积很小，西部和西南部分布有海成平原和冰水冲积平原，平原面积占全岛的7％左右。

组成冰岛的岩石都是火山岩，以玄武岩分布最广，还有安山岩、流纹岩等。冰岛火山流出的熔岩都是玄武岩。冰岛的全新世火山活动主要分布在新火山带。两个侧向火山带起着次要作用。

图2 冰岛与大西洋中脊

（图片源自Google earth）

图3 冰岛热点分布情况

（图片修改自维基百科）

冰岛共有 200~300座火山，已知在全新世时期有近三十座火山喷发（图4）。自公元874年以来，已有13次火山喷发。其中包括人类历史上最大型的玄武岩熔岩大喷发——公元934年卡特拉火山的埃尔加火山裂缝大爆发和史上第二大玄武岩喷发——公元1783年的拉基火山爆发。在过去的500年里，冰岛的火山产生了全球熔岩总产量的三分之一。

冰岛发生过许多著名的火山喷发事件，首先是冰岛历史上喷发规模最大之一的火山，1975年至1984年间的克拉夫拉（Krafla）火山喷发。这次喷发持续了近九年，期间系统共爆发了九次，产生了一个36平方千米的熔岩区。第一次喷发始于1975年12月20日中午前不久，只持续了几个小时。在接下来的几年里，随着岩浆从浅层岩浆房被推入裂隙通道，伴随着地震、地热活动增加，总共发生了17次火山-构造事件，其中有9次发生熔岩在地面上流动的喷发。

苏特塞岛(Surtsey)上的火山喷发是冰岛历史上持续时间最长的火山喷发，持续了将近四年，从1963年11月持续到1967年6月1日，该岛位于冰岛南部海岸附近。苏特塞岛上的火山喷发是由海底火山爆发引起的罕见的火山事件。火山喷发开始于1963年11月14日，当时海底火山爆发，喷出了大量的熔岩和火山灰，随后在海面上形成了一个新的岛屿，该岛屿被命名为苏特塞岛。在接下来的4年里，苏特塞岛上的火山喷发持续喷发，期间不断地喷出熔岩和火山灰，同时岛屿的面积也在不断地扩大。

1783~1784年冰岛拉基(Laki)火山喷发，熔岩覆盖土地，火山喷发出的有毒气体和尘埃造成了大量牲畜死亡，冰岛牲畜损失惨重，饥荒蔓延了全国，那次喷发直接和间接造成了9350人的死亡，这几乎占了冰岛当时人口的四分之一，是冰岛历史上最致命的一次火山爆发。

图4 （a）冰岛历史上喷发过的火山；（b）冰岛的火山系统

（图片源自维基百科）

2 火山类型

根据物质结构组成，火山分为熔岩丘、渣锥、层状火山（又称复式火山）和盾形火山4类主要火山类型，冰岛拥有所有类型的火山，但主要的火山类型是盾形火山（shield volcano）。盾形火山具有宽广缓和的斜坡，坡度很少超过10°，底部较大，整体看来就像是一个盾牌。盾形火山通常规模较大，地球上最大的火山几乎都是处于成熟期的盾形火山，例如夏威夷群岛的每个岛屿都是一座巨大的盾状火山。盾形火山喷发时高流动性低粘度的熔岩从火山口中缓慢溢流形成较薄的熔岩流体，多次喷发导致宽大的板状熔岩层逐渐堆积，最终形成盾形。冰岛的盾形火山有拉基火山、华纳达尔斯火山、海克拉火山与卡特拉火山等。

盾形火山是由低粘度熔岩溢流并长期喷发形成，主要由玄武质熔岩构成。盾形火山常常经历近乎连续的喷发，并持续极长时间，导致火山机构不断加增至极其巨大的规模。地球上最大的火山几乎都是处于成熟期的盾形火山。盾形火山的特点是缓坡（2-3度）随海拔升高逐渐变陡（10度），在接近山顶变平坦。其高度通常是宽度的1/20. 盾形火山以缓慢移动的、溢流式的喷发为特征，其喷出高流动性的玄武岩浆，气体含量很少。这些熔岩流很远才固结，形成极宽阔但较薄的板状岩(sheet)（<1 m厚），这样低喷发体积的熔岩经历长期的积累形成盾形火山低缓宽大的外形。盾形火山中常见的地质现象是熔岩管，破火山口(caldera)。长期的喷发发生塌陷形成破火山口，然后被充填，如此循环往复形在盾形火山中多次出现。一些盾形火山的玄武质岩浆从一些长裂隙中涌出，而非从中心式火口，以很宽的长效带从宽阔熔岩台地覆盖原野形成熔岩台地。

冰岛火山大多邻近海洋，又处于北极圈附近。特殊的地理环境进一步增加了火山喷发的多样性。其中有两类火山喷发最为特别也最为世界闻名：水下火山喷发和冰下火山喷发。

水下火山喷发

1963年11月至1967年6月，海底火山爆发，喷出了大量的熔岩和火山灰，随后在海面上形成了一个新的岛屿（图5），该岛屿被命名为苏特塞岛，这种水下形大的火山喷发也被称为苏特塞式喷发。苏特塞岛火山喷发之初，岩浆与海水在海底接触，发生相对平静的碎裂产生枕状熔岩和玻质碎屑岩。当岩浆从靠近海面的位置喷出时，产生剧烈的爆破式喷发，碎裂成灰级火山碎屑，在火口周围堆积成凝灰岩锥或凝灰岩环。在多次循环的喷发过程中，灌入岩浆喷口的海水逐渐排出，火山岛逐渐高出海面；当岩浆喷口移动到海平面以上时，火山活动转为陆上的斯通博利式喷发，伴随溢流式喷发。苏特塞式喷发的特点是喷发柱含有大量水蒸汽，苏特塞火山喷发期间主要的沉积过程是火山碎屑流和基浪，伴随着降落堆积。苏特塞岛喷发过程中，玄武质岩浆与海水接触发生剧烈的爆炸作用。近年来发生过苏特塞式火山喷发的代表火山有2016-2017年美国的博戈斯洛夫火山岛（Bogoslof volcanic island），2020-2022年菲律宾的塔尔火山（Taar volcano），2011-2012年也门的祖拜尔群岛（Zubair Group）、2021-2022年的汤加火山(Hunga Tonga–Hunga Ha'apai volcano)等。

图5 苏特塞水下火山喷发

（图片源自维基百科）

冰下火山喷发

指在大陆冰盖之下发生的火山喷发。冰岛的"桌状山"就是在大陆冰盖之下的玄武质盾状火山。它的产生经历五个阶段：第一阶段是在冰川之下玄武质枕状熔岩开始喷发；第二阶段是上覆的冰受热熔化；第三阶段是火山喷口上升到雪水水位之上；第四阶段是在下伏碎屑岩之上形成一坚硬的玄武岩帽；第五阶段当冰完全溶化之后，平顶山残留下来。冰下喷发通常会导致冰湖溃洪。 1996 年 11 月，冰岛Vatnajökull 冰盖下方的 Grímsvötn 火山爆发（图6）并导致超过 750 平方千米冰湖溃洪，摧毁或严重损坏了桥梁。

图6 冰岛2010年埃亚菲亚德拉冰盖冰下火山喷发

（图片源自维基百科）

3 火山灾害

对冰岛环境造成最严重影响的火山喷发是2010年的艾雅法拉（Eyjafjallajökull）火山喷发，这也是近300年来冰岛规模最大的火山喷发之一。艾雅法拉火山是一座位于冰岛的成层火山，海拔高度约为1666米。2010年3月20日艾雅法拉火山开始了190年来的首次大喷发。此次喷发持续了数周，成为全球关注度最高的自然灾害事件之一。火山喷发过程中，形成了长达500米的裂缝，并产生了壮观的熔岩喷涌景象。艾雅法拉火山喷发喷出了大量的火山灰和熔岩，火山灰和有毒气体弥漫至大气层，对航空运输、气候和人体健康产生了长期影响。导致全球航空大乱，大面积的欧洲领空被迫关闭，大量航班被取消或延误，多国领空封闭，给全球航空带来严重损失。这次欧洲领空关闭也是第二次世界大战后规模最大的一次。火山灰反射太阳辐射，阻挡太阳光线进入地球，使全球气温降低，影响植物的光合作用，火山灰中高浓度的氟，也会对动物的健康构成严重威胁。

火山喷发可能导致区域性的长期环境影响。例如，1815年印尼的坦博拉火山喷发，是历史上最严重的火山灾害之一，导致全球气温下降，造成“无夏之年”，影响了全球范围内的农业和经济发展。

这次冰岛的火山喷发可能会持续数周，此次火山喷发地点靠近文明地带，届时将对冰岛及周边地区带来严重影响。火山喷发对环境产生的影响包括生命安全、大气污染、气候变化、生态系统破坏、社会经济影响等方面。

火山喷发时，高温的岩浆、火山灰和火山气体等物质会对附近居民构成极大威胁，可能导致人员伤亡和失踪。火山喷发还会释放出大量的火山灰和火山气体。火山灰会进入大气，阻挡太阳光到达地球表面，影响大气中的辐射平衡，导致天空亮度降低。火山灰会随风扩散到周边地区，导致全球范围内空气污染、短期的气温下降。火山喷发释放出的二氧化硫、二氧化碳、氮氧化物等火山气体污染大气环境，导致空气质量下降，改变气候状况。例如，火山爆发产生的酸性气体会导致酸雨，对环境和生态系统造成破坏。火山灰和火山气体还会随着雨水进入河流和海洋，对全球水体造成污染，影响水生生物和人类饮水安全。火山灰落在土地上，会改变土壤的物理和化学性质，影响农作物的生长和土壤生态环境。火山爆发导致的空气污染、气候变化、水资源污染、土壤污染等环境问题，会对当地生态系统造成破坏，影响动植物的种类和数量。此外，火山喷发产生的熔岩流可能引发森林火灾，直接破坏植被。

火山灾害还会对农业、交通、能源等领域造成重大损失。火山灰遮蔽阳光，导致气温下降，气候异常，这对农业产生负面影响，降低了作物产量、影响植物生长。火山灰会使飞机发动机受损、空气能见度降低，对航空运输产生严重影响，可能导致航班延误或取消。大量的火山灰和火山气体影响人和其他生物的呼吸，破坏冰岛及周边地区的生态平衡，导致大量动植物死亡。火山爆发对当地居民的生存环境和基础设施产生影响，如住房、道路、桥梁等造成损坏。火山灾害还可能引发恐慌和社会动荡。例如，居民和企业担忧火山喷发带来的财产损失，导致社会秩序受到影响。

4 火山资源

虽然火山喷发通常带来巨大的灾难，但火山喷发也会产生一些积极的影响。火山喷发时产生的火山灰是很好地土壤肥料，火山灰中的矿物质和营养成分会被释放到土壤中，可以提高土地肥力。这些矿物质有助于植物生长，从而促进农业发展。火山喷发产生的火山口、火山口湖、火山渣堆等地质景观，为旅游产业提供了独特的资源。这些火山景观吸引大量游客，可以带动当地旅游经济的发展。火山喷发可以形成新的土地，为动植物提供了生存和繁衍的条件。在一定程度上，火山喷发刺激了生态系统的恢复和生物多样性的发展。

冰岛许多城市的命名也与火山有关。冰岛的首都雷克雅未克（Reykjavik）是冰岛最大的港口城市。由于雷克雅未克的地热能源丰富，温泉众多，因此空中经常弥漫着像烟雾一样的水汽，使用古诺斯语的早期冰岛居民以为水汽是烟，便将这里命名为“冒烟的海湾”，雷克雅未克即为该名称古诺斯语的音译。韦斯特曼纳埃亚尔群岛，冰岛语为Vestmannaeyjar。韦斯特曼纳埃亚尔群岛由过去10,000-12,000年的火山喷发形成，在地质方面很年轻，火山系统由海面上和海底的70-80座火山组成。群岛中的所有的岛屿都是在海底喷发中建造的，由交替的帕拉贡石凝灰岩和熔岩层组成。在群岛的许多地方都可以看到玄武岩柱，海水侵蚀了海岸线的软岩，挖出了许多风景如画的海湾和石窟，这些都是群岛的特色之一。

一些火山的命名与火山的地貌密切相关。海克拉（Hekla）火山的名字来自古冰岛语中的“Hekla”，Hekla是短连帽斗篷的意思。因为Hekla火山经常被山顶上频繁出现的云层所覆盖，看起来像戴着一顶帽子，所以火山被称为Hekla。阿斯恰（Askja）是一座位于冰岛中部高地的活火山，由一系列嵌套的火山口组成，周围环绕山脉。Askja在冰岛语中意为“盒子”或“火山口”，因为Askja火山的主要火山口直径大，约为8千米。

冰岛独特的地理条件使其拥有丰富的火山地热资源。冰岛是地球上地质最活跃的领土之一。冰岛地处亚欧板块与美洲板块交界处，并且冰岛位于大西洋中脊的热点上，存在活跃的火山活动和地热活动，导致冰岛的地热资源非常丰富。此外，冰岛地下存在大量的高温高压储水层，目前来说至少有25个这样的地热含水层位于火山带内，岛下的岩浆将这些储水层加热到数百华氏度，这些储水层中的地热能量得到了有效的储存和传递。活跃的火山活动、地热活动和地热含水层的存在都有利于地热发电。

冰岛充分利用其丰富的地热资源，通过多个领域的应用，实现了能源的可持续发展，为国家经济和民生提供了有力支持。冰岛的地热能源在该国的经济和环境方面都扮演着重要的角色。地热能占冰岛能源供应的62%。冰岛的地热能源主要用于供暖和发电。冰岛的地热发电技术世界领先，并且实现了自给自足，主要通过地热和水力发电，持续满足或超过该国的电力需求。冰岛的地热能源还被用于供暖，冰岛的大部分房屋都使用地热能源进行供暖，地热供暖系统将地下热水抽取至居民区用于供暖。

此外，冰岛的地热能源还被用于温泉、旅游、游泳池、农业等方面。冰岛的温泉旅游也因其地热资源而闻名于世，温泉度假胜地吸引了大量游客前来度假，如蓝色泻湖(Blue Lagoon)，冰岛的蓝色泻湖是一个集自然景观、地热资源利用和旅游度假于一体的综合性旅游胜地（图7）。蓝色泻湖位于冰岛西南部的雷克雅未克附近。蓝色泻湖的形成是由于地热活动导致的地下水加热，水体呈现出独特的蓝色调。蓝色泻湖的主要成分是硅酸盐矿物，这些矿物在水体中形成了丰富的泡沫，使得湖面呈现出如蓝色梦幻般的视觉效果。蓝色泻湖的水温常年保持在37-39℃，适宜人体浸泡。硅酸盐矿物质对皮肤有益，有助于缓解皮肤病、关节炎等疾病。因此，蓝色泻湖不仅是一个度假胜地，还对游客具有一定的医疗保健作用。

图7 蓝色泻湖

蓝色泻湖所在地区有丰富的地热资源，使得当地可以开展地热发电、供暖等能源利用。冰岛政府还积极发展地热旅游产业，冰岛的地热资源为其旅游产业提供了独特的吸引力，吸引了大量游客前来参观火山、温泉、冰川等自然景观，体验地热泳池、温泉度假村等休闲设施。

地热温室利用地下热水为植物生长提供恒定的温度条件，使得冰岛在寒冷的北极圈内也能开展农业生产。地热能源作为一种清洁、可再生的能源，有助于减少冰岛对化石燃料的依赖，从而降低温室气体排放，推动了冰岛环保事业的发展。

5 火山喷发预测

火山喷发的时间和规模预测具有很大的不确定性，但是火山喷发会出现很多前兆。比如地形发生变化，地震活动增加。火山喷发前，地下的岩浆活动会导致地面起伏，地壳承受不住地幔压力，导致地震活动增加，房屋建筑被破坏，道路发生断裂和位移。火山喷发前，火山口附近的喷气孔活动也会加强，火山内部的岩浆上升，火山灰和烟雾喷发更为频繁。并且喷出的气体中硫质成分增多，这都表明火山即将喷发。

近几天冰岛西南部雷克雅内斯半岛的地震活动明显增加，密集地震的原因是地下火山活动频繁，火山喷发可能会在数小时或数天内发生。火山学家研判，岩浆已上升到离地表约800米的位置，火山随时可能喷发。冰岛已宣布进入紧急状态，蓝色泻湖停止开放，并紧急疏散了当地的4000多位居民。

面对火山灾害的威胁，中国驻冰岛使馆发布提醒，要求在冰中国公民避免长时间逗留雷克雅内斯半岛，尤其是蓝色泻湖和格林达维克周边地区，同时要采取防范地震、火山及其次生灾害的措施，并密切关注当地新闻及民防部门发布的有关消息。为了确保安全，我们需要密切关注当地政府的预警信息，遵循当地政府的指导和建议，降低火山灾害带来的风险。

6 冰岛对我国火山监测与火山学研究的启示

（1）火山灾害对人类造成威胁，所以需要加强火山监测和研究。从冰岛火山的喷发来看，平时必须要加强中国火山监测，并密切关注国外火山如冰岛火山的状况，借鉴冰岛的经验、吸取教训。建议开展日常火山监测是为了最后火山喷发灾难来临时能够起到作用。

（2）“平时火山监测”目的实际上主要是找到火山活动的规律，关键是抓住引起火山活动的主因。世界上每个地方的火山在主要控制因素、在地表的指示等方面各不相同，它具体反映在哪些火山监测参数上更是差别巨大。也就是说“平时火山监测”实际上是一种学习，等到火山喷发的时候的监测，本质上是一种“大考”，考验平时火山监测对火山规律和控制因素的认识和理解程度。

（3）全世界不同火山的活动特点，由于构造背景、物质成分的不同，活动的特点都不一样，因此在具体某一个火山的监测过程中，其他火山的监测和预测经验仅能提供借鉴。我国需要摸索出自己的一套火山监测经验和对火山活动规律的认识，才能为准确进行未来的火山预测做出贡献。

（4）“火山学研究”、“火山监测”和“火山喷发预测”三者之间监测究竟是一个什么样的逻辑关系？我国火山学当下的问题和未来发展的方向是什么？

“平时监测”为火山学研究提供基础数据，火山学研究为火山监测提供指导方向，火山学研究为临近喷发监测数据指出关键指数。“平时的科研”就是要抓住火山活动的规律，抓住火山活动的“牛鼻子”，弄清楚哪个参数是控制火山最重要的因素。因此平时的火山学研究和最终的火山灾难来临时的监测和预测是密切相关的。如果平时不加强研究，火山活动来临时再考虑怎么处理监测信息，那是没有用。火山监测必须得建立在平时的研究的基础上。呼吁社会各届关注中国火山学的研究，关注火山学发展。

参考资料

https://en.wikipedia.org/wiki/Iceland

Geothermal Development in Iceland 2015-2019

https://www.geothermal-energy.org/pdf/IGAstandard/WGC/2020/01063.pdf

https://cn.guidetoiceland.is/travel-iceland/drive/askja

https://www.iceland.org/geography/volcano/

https://www.theguardian.com/world/2021/dec/20/iceland-volcanic-eruption-outside-reykjavik-officially-over

https://icelandmag.is/article/krafla-fires-one-largest-volcanic-eruptions-icelands-modern-history

https://phys.org/news/2021-09-iceland-volcanic-eruption-longest-century.html

https://www.unep.org/news-and-stories/story/iceland-world-leader-clean-energy-supports-africas-push-geothermal-power

https://www.icelandcarrental.is/explore-iceland/guide-to-iceland-s-biggest-volcanic-eruptions

https://www.newsweek.com/environmental-effects-icelands-volcano-70371

王丽竹，2022，广东硇洲岛水下火山喷发机制研究，中国地震局地质研究所硕士论文

地球科学大辞典，基础学科卷，2006，地质出版社

来源：中国灾害防御协会火山专业委员会