1991年在菲律宾皮纳图博火山爆炸喷发高潮期间,火山灰羽高达19公里(12英里)。
2007年在埃特纳火山的一个爆发柱子,产生火山灰,浮石和熔岩炸弹。

火山是地表下在岩浆库中的高温岩浆及其有关的气体、碎屑从行星地壳中喷出而形成的,具有特殊形態的地质结构。这就是为火山的喷发的准备。

岩石圈由若干板块组成,它们漂浮在地幔软流层之上,在板块的交界处岩石圈比较破碎,地下岩浆容易在此喷发形成火山。[1] 火山可以分为死火山休眠火山活火山。在一段时间内,没有出現喷发事件的活火山叫做睡火山休眠火山)。另外还有一种泥火山,它在科学上严格来说不属于火山,但是许多社会大众也把它看作是火山的一种类型。

火山爆发可能会造成许多危害,常伴有地震,影响范围不仅在火山爆发附近。其中一个危险是火山灰可能对飞机构成威胁,特别是那些喷气发动机,其中灰尘颗粒可以在高温下熔化; 熔化的颗粒随后粘附到涡轮机叶片并改变它们的形状,从而中断涡轮发动机的操作。大型爆发可能会影响气温,火山灰和硫酸液滴遮挡太阳辐射并冷却地球的低层大气(或对流层); 然而,它们也吸收地球辐射的热量,从而使高层大气(或平流层)变暖。 历史上,火山冬天造成了灾难性的饥荒。 可以看到火山的害处很大, 虽然火山喷发会对人类造成危害,但同时它也带来一些好处。例如:可以促进宝石的形成;扩大陆地的面积(夏威夷群岛就是由火山喷发而形成的);作为观光旅游考察景点,推动旅游业,如日本的富士山[2]

专门研究火山活动的学科称为火山学

火山的成因及分佈

板塊交界處火山的成因

聚合板塊邊緣

板塊構造學說主張板塊的運動,是由於地球內部軟流圈熱對流造成的。而當板塊互相推擠,密度較高的一邊會下降到另一邊下方,稱作俯衝,而發生俯衝的帶狀地區稱為俯衝帶聚合性板塊交界。地底的高溫會將隱沒的板塊熔融,形成岩漿。岩漿藉由浮力緩緩上升,最後聚集成為岩漿庫,就是火山底部儲存岩漿的場所。而當岩漿中的氣體壓力累積到一個程度,火山就爆發了。例如:埃特纳火山,与在环太平洋火山带地區的火山。

分離板塊邊緣

有些火山分佈在板塊的張裂性交界上,也就是兩個板塊分離的帶狀地區。在這種地區,高溫的地函物質會上升,形成海底火山山脈,稱作中洋脊。当中洋脊在海平面以上时,形成火山岛; 例如冰岛

熱點的移動形成火山島鏈

熱點

還有一些火山並不位於板塊的交接處,例如美國黃石複式破火山口夏威夷群島。火山學家稱這些火山是坐落於「熱點」上。目前熱點的作用機制尚不清楚,但科學家普遍認同熱點是由地函底部上升的「熱柱」造成。當板塊在熱點上做水平移動時,便有一連串的火山生成。這樣作用連續發生後,會造成一系列的火山島群,而離熱點越遠的火山其生成年代越老。然而,这个理论受到怀疑。

火山的分佈

受火山成因的影響,世界各地的火山大多分佈在板塊交界處,但仍有部分例外(熱點)。主要的火山帶包括:

  • 太平洋火山帶:又稱從南美洲西岸,濱太平洋的安地斯山脈開始,經過中美洲墨西哥美國西岸、加拿大阿拉斯加後,沿阿留申群島勘察加半島到太平洋西岸的花綵列島,包括千島群島日本琉球群島台灣及其附屬島嶼、菲律賓群島,接著連接印度尼西亞巴布亞紐幾內亞索羅門群島,迄紐西蘭。本火山帶之火山數目約佔全世界之75%[3],且活動相當頻繁。
  • 中洋脊火山帶:包括太平洋大西洋印度洋三大洋的中洋脊,總長度約80,000公里,約成W形分佈。但中洋脊上火山的分佈並不平均,集中於大西洋中洋脊,有60餘座。太平洋及印度洋中洋脊的火山相對較少。中洋脊的火山以海底火山為主,也有少部分的火山島(例:塞席爾冰島)。
  • 東非火山帶:東非大裂谷是由非洲板塊的地殼運動形成,地質學家預測幾百萬年後,東非可能會分裂成兩個不同的板塊,至今地質活動依然頻繁。較著名的例子有:坦桑尼亚的吉力馬札羅山剛果民主共和國尼拉貢戈火山埃塞俄比亞爾塔阿雷火山等。
  • 火山錐指火山噴出物在岩漿通道口堆積而成的錐形山丘,其大小受噴出物的物質和大小影響,主要分為寄生熔岩錐英语spatter cone凝灰火山錐英语ash cone火山渣錐(英語:cinder cone)和凝灰岩錐英语tuff cone。火山錐上可能形成小型火山錐,其通道與主體火山錐的通道相連通但無獨立的岩漿源,稱為寄生錐。頂部的漏斗狀窪地(原岩漿噴出口)稱做火山口。岩漿噴出地表的通道,稱為火山喉管,而一旦該通道為冷凝的岩漿阻塞,稱火山頸[4]

    火山的外形及地形

    层状火山

    Volcano scheme.svg

    层状火山構造的橫切圖
    1.主岩漿庫
    2.基岩
    3.主熔岩通道
    4.地面
    5.侵入性火成岩脈
    6.熔岩岔道
    7.火山灰堆積層
    8.側翼
    9.熔岩堆積層
    10.火山喉
    11.寄山火山錐
    12.熔岩流
    13.噴發口
    14.主火山口
    15.灰雲
    层状火山

    层状火山(Stratovolcano,又稱為成層火山),其外觀多為優美、對稱的錐形。它們是由無數熔岩流不斷堆積形成的。此種火山的熔岩黏滯性較高,通常為安山岩質。因其優美對稱的外型,多成為觀光勝地。大多數成層火山都是獨立山峰。許多著名的山都屬此類,例如:日本富士山以及御嶽山台灣七星山菲律賓馬榮火山美國聖海倫火山義大利維蘇威火山斯特龙博利火山等。

    盾狀火山

    盾狀火山

    盾狀火山(Shield Volcano)具有寬廣緩和的斜坡,整體看來就像是一個盾牌。此種火山通常由玄武岩岩漿構成,流動性高,故能夠分布在很大的區域,才能形成寬廣的山形。最著名的例子是夏威夷群島,這個群島的每個島嶼都是一座巨大的盾狀火山。而位於非洲大裂谷的爾塔阿雷火山也是盾狀火山,其火山口與夏威夷基拉韋厄峰一樣擁有十分罕見而長期活動的熔岩湖

    火山穹丘

    火山穹丘

    火山穹丘(lava dome,或稱為熔岩穹丘),常見於火山口內或火山的側翼,是一種圓頂狀的突起,看起來類似某些植物的球根。火山穹丘是由高黏度的熔岩形成的,由於其黏度太高,不能從火山口遠流,在火山口上及其附近冷卻凝固。火山穹丘會成長,這是由於地底岩漿庫的空間不足以容納所有岩漿,導致部分岩漿擠入穹丘下方。如果成長中的穹丘是位於陡峭的山坡上,其成長有可能導致重心的不穩定,最後導致山崩或火山碎屑流。[1]1980年聖海倫火山爆發時歸納於火山穹丘這類側鋒噴發。

    火山渣錐

    火山渣錐(Cinder cone)是指由火成岩屑或火山渣(火山的噴出物質)在火山口周圍堆積而成的山丘。大多數的火山渣錐都很耐侵蝕,因為落到錐上的降雨滲入到高滲水性的火山渣裡,較少對它們的表面進行侵蝕作用。由於火山碎屑物膠結鬆散,故無法形成較高的堆積,通常都小於500公尺。較著名的火山渣錐為墨西哥帕裡庫廷火山,它是世界上最年輕的火山。

    其他地形

    • 破火山口(Caldera):破火山口通常是由於火山錐頂部(或一群火山錐)因失去地下熔岩的支撐崩塌形成。外形為碗形的凹地,其直徑為數百公尺至數公里不等。著名的例子是美國黃石國家公園的黃石複式破火山口。其英文名的語源為西班牙文Caldera,意指罐子或大鍋子。
    • 低平火山口(maar):是由岩漿和水相互作用發生爆炸而形成。在地表下形成了深切到圍岩的圓形火山口,並被一個低矮的碎屑環包圍。常常會積水而形成火山湖。其語源為拉丁文的mare,即「海」。參見低平火山口[2]
    • 熔岩台地:或稱熔岩高原,通常是由高流動性的岩漿由一大群裂縫中滲透形成。
    • 熔岩平原:火山噴發的區域若整體地勢平坦即稱之。成因與熔岩台地相似。[3]
    • 火山爆發(volcanic eruption)是指:火山從地面下經由一個通道,將氣體、碎屑或岩漿噴出地表的過程。通常包括三個階段:岩漿形成及初步上升、進入岩漿庫(岩漿的儲存處)及噴發。

      火山噴發的長短

      一些火山學家認為[5],一座火山的噴發可以分為:

      1. 噴發脈波:一次強烈的噴發脈波又引起了數次的噴發脈波
      2. 噴發階段:由數個噴發階段組成,持續時間由數天到數年不等
      3. 一次噴發:一次持續數秒至數分鐘的噴發

      而史密森學會(The Smithsonian Institute)[6]的另一種分法,是以每兩次噴發之間的靜止期間來界定一次完整的噴發。兩次噴發之間的間隔若超過三個月,那這兩次噴發就分屬於兩次不同的噴發。

      影響的因素

      岩漿的成分及流動性

      夏威夷岛2007年7月21日火山喷发的熔岩流

      火山噴發的型態,受到噴出岩漿的流動性及揮發成分的量影響,有著很大的不同。揮發成分的量會影響岩漿的噴發力道。揮發成分越多,火山灰熔岩就會被噴得越高,也就是會形成較大的爆發。岩漿流動性的指標,岩漿黏度主要是由岩漿中二氧化矽(SiO2)的含量(從50%到70%)與溫度的高低來決定。二氧化矽越多或溫度越低,岩漿就越黏,流動性也越低。另外噴出物的量越多,速度越快,被影響的區域也會跟著加大。

      • 岩漿流動性高而揮發性成分少:熔岩流不斷流出,但不太會發生爆炸。例:夏威夷冒納羅亞火山
      • 岩漿流動性高且揮發性成分多:熔岩流以極高的角度噴出,有如噴泉一般。例:日本三原山伊豆大島
      • 岩漿流動性低且揮發性成分少:沒有爆炸,熔岩流無法流得太遠而堆積形成火山穹丘(或稱熔岩穹丘)。例:日本昭和新山
      • 岩漿流動性低而揮發性成分多:爆炸性的噴發。

      舉例來說,玄武岩岩漿含二氧化矽成分少,揮發成分也相對少且溫度高、黏度小。因此玄武岩岩漿流動性大,其噴發相對較寧靜,多爲岩漿的溢出,形成大面積的熔岩臺地和盾形火山。而流紋岩安山岩岩漿富含二氧化矽和揮發成分,其流動性差,因此火山噴發猛烈,爆炸聲巨大,有大量的火山灰、火山彈噴出,常形成高大的火山渣錐,並伴有火山碎屑流熾熱火山雲,往往造成重災。[7]

      岩漿組成與火山形狀的關聯
      岩漿主成分 主要礦物 流動性 二氧化矽含量 主要火山形狀
      流紋岩 石英鉀長石 大於70% 穹頂、破火山口
      安山岩 鈉長石輝石 55%-70% 层状火山
      玄武岩 鈣長石、輝石 小於55% 火山錐渣、盾狀火山

      依照岩漿成分的不同,可以簡單分為兩種不同的噴發方式。

      • 寧靜式噴發:由於黏滯性小,氣體易散失,故不易爆發,而以溢流方式噴發。例如著名的夏威夷火山。
      • 爆裂式噴發:黏滯性大,流動不易,內部氣體無法獲得有效的散失,致使壓力增大。當到達無法負荷時,便會以「爆炸」方式噴發。例如義大利維蘇威火山
      寧靜式噴發與爆裂式噴發的比較
      類型 岩漿成分 主要產物 熔岩特性 造成災害 例子
      寧靜式 玄武岩 熔岩為主,少量氣體與碎屑 基性黏度小,溫度 熔岩流,災害較小 夏威夷
      爆裂式 安山岩流紋岩 少量熔岩,大量蒸氣、碎屑 酸性黏度 火山泥流、火山碎屑流、毒氣 義大利維蘇威火山
      • 註1:岩漿是指地下熔融或部分熔融的岩石。當岩漿噴出地表後,則被稱為熔岩
      • 註2:「基性」指熔岩的二氧化矽含量介於45%至52%之間,「酸性」則指二氧化矽含量超過66%

      岩漿上升通道的特性

      依此性質,可以將火山分為:

      • 裂隙式噴發岩漿沿地表裂縫處溢流。廣大的裂縫噴發會形成大片熔岩高原,稱之為洪流玄武岩或高原玄武岩。例如:印度德干高原
      • 中心式噴發:岩漿以火山口為中心向四周噴發,在壓力的作用下,會形成猛烈的噴發。
      • 區域式噴發:一個區域中有大量火山噴發,形成大量的火山聚集。例如:中國長白山,總共有164座火山分布在1000平方公里的範圍內。
      • 融透式噴發:由於岩漿的高溫,把岩漿庫頂部的岩層熔化,使大量岩漿溢出地面。有時岩漿上升停留在淺處,沒能熔化頂部岩層,而就地冷凝固結下來,使地面隆起成丘狀,稱爲潛火山或地下火山,也叫次火山。如台灣基隆山。

      噴發的地點

      火山噴發的地點,也對噴發的型態有所影響。特別是當水存在時,會有劇烈的變化。