本文发表于《大众科学》的前博客网络,反映了作者的观点,不一定反映《大众科学》的观点
纪念哈里·格利肯博士,1958-1991 年。
火山爆发看起来像简单的事情:压力积聚,发生爆炸,喷出大量物质。但这并不是每次火山爆发的故事,它并没有捕捉到复杂性的一半。圣海伦斯火山内部的压力一直在积聚。它一直在轰鸣,并预示着更大的轰鸣,并兑现了这一承诺——但方式却出乎所有人的意料。
大卫·约翰斯顿博士和他的同事们曾预计隆起最终会塌落——如此陡峭的东西是不稳定的——但没有人知道那次塌落会有多大,也不知道那仅仅是一系列复杂、灾难性事件的开始。这将需要在仍在冒烟的火山及其周围进行艰苦的地质侦探工作,以及一些幸运的照片,才能将事件的顺序拼凑起来。
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一切始于地震,上午 8:32:11 发生了 5.1 级持续不断的震动。震动一座已经过度紧张的山脉会引发问题:在圣海伦斯火山的那个早晨,布满裂缝的山顶剧烈地裂开了。在不到十秒的时间里,裂缝蔓延了一公里半(近一英里),横跨隆起的顶点。这是三幕山体滑坡的第一幕,它将成为有记录以来体积最大的山体滑坡。
哈里·格利肯、巴里·沃伊特和他们的同事们将其命名为滑坡 I,它剥去了山体的表面。它包括旧玄武岩和安山岩流的破碎块,以及构成喷发前山体的松散火山角砾岩。它摧毁了山羊岩穹丘,并纳入了英安岩山顶穹丘的一部分。它以每秒 50 米(超过 160 英尺/秒)的速度冲下山坡,并且速度越来越快。在开始后的 26 秒,它已经向山下滑动了 700 米(约 2,300 英尺)。当它坠落时,它撕开了对隐穹丘的约束压力,而隐穹丘是造成所有剧烈隆起和潜水蒸汽喷发的罪魁祸首。
当滑坡 I 坠落时,山顶区域继续在新形成的 600 米(近 2,000 英尺)山体滑坡陡崖后面发生崩塌。滑坡 II 摧毁了地堑以北的剩余山顶;它深入切入,切除了山顶穹丘的大部分剩余部分和现代圣海伦斯火山的相当一部分,并挖出了她祖先心脏的一部分。在接下来的 11 秒内,当两次滑坡几乎作为一个整体向下移动并剥去下方隐穹丘岩浆的覆盖层时,受压气体发现自己可以自由膨胀。被新鲜滚烫的岩浆加热到高温的水闪蒸成蒸汽。岩浆中的气体从溶液中释放出来。随着山体的表面消失,蒸汽和气体横向涌出:侧向喷发开始了。
这些气体推动了滑坡:它们现在以每秒 70-80 米(230-260 英尺/秒)的速度尖啸着向下,并在 11 秒内覆盖了接下来的 700 米(2,297 英尺)。弗赛思冰川的部分区域脱落,倾泻到糖碗穹丘之上。滑坡 II 陡崖后面的山顶残骸瓦解了。我们将永远无法知道它如何崩塌的精确细节——现在喷发云遮蔽了它的视线——但我们知道滑坡 III 包含了圣海伦斯火山山顶的残骸,包括其山顶穹丘热液蚀变的基础。来自隐穹丘的全新英安岩与滑坡 II 和 III 混合在一起。
2.5 立方公里(
.6 立方英里)的圣海伦斯火山轰隆隆地冲入山谷。
当它撞击下方溪流侵蚀的地形时,碎屑雪崩分裂了。一个分支跃过 380 米(1,247 英尺)的山脊,将南科德沃特溪的山谷填满了高达 195 米(639 英尺)的丘陵状碎屑。它携带了直径达 100 米(328 英尺)的玄武岩和安山岩块。请稍作停顿,思考一下将如此巨大的岩石从其来源地运送到那么远的地方需要什么样的力量。
另一个分支猛烈撞击了精灵湖。它的速度和体积在湖泊边缘的山脊上掀起了灾难性的水浪,将未在爆炸中倒下的树木夷为平地,高达斜坡上 260 米(853 英尺)处。当湖水晃回并倾泻到雪崩沉积物上时,侵蚀瞬间发生。最后,湖面比以前的高度高出 60 米(197 英尺),布满了碎屑,覆盖着一层浮木,变成了昔日辉煌的影子。
大部分雪崩朝着北福克图特尔河谷方向前进。它携带了直径达 170 米(558 英尺)的岩石块,并且一直向下游移动了 20 多公里(12.4 英里)才停止。它犁起树木并将它们拖走,在其末端留下了一堆混乱的木头、碎片、犁起的土壤和其他碎屑。直径达 12 米(39 英尺)的撕裂冰川碎片被埋在其中。深达 150 米(492 英尺)的碎屑埋没了河流。
碎屑雪崩的其他单元堵塞了支流山谷,并附着在山脉的残余物上。最后,它掩埋了近 39 平方公里(15 平方英里)的区域,留下了一片由凹凸不平、杂乱无章的岩石、冰和泥土组成的荒凉景象。
当我们想到雪崩和滑坡时,我们会想到冰雪、冰冷的石头、凉爽的泥土。我们不期望有强烈的热量。但这不是一次普通的碎屑雪崩:它不仅仅是冰川和古老的冷岩石滑落下来,还有隐穹丘的部分。而那个穹丘是滚烫的——它的英安岩部分最终以高于 600°C(1,100°F)的温度嵌入雪崩沉积物中。雪崩本身被岩浆气体和蒸汽加热到接近 100°C(212°F)的温度。特别是滑坡 II 和 III,非常温暖——它们包含了隐穹丘和围绕它形成的热液系统的相当一部分,并且它们与喷发云混合在一起。它们成为北福克和精灵湖分支的大部分。对北福克分支温度的测量结果显示,从靠近山脉的 98°C(208°F)到末端的 68°C(154°F)不等。这种抹平的温度分布不是运输过程中冷却的影响——雪崩移动得太快,而且没有足够的与地表水的混合来如此剧烈地冷却它,因此很可能是来自山脉深处的较热物质并没有移动那么远。
但一些滚烫的物质即将移动到非常远的地方……
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参考文献:
利普曼,彼得·W. 和穆利诺,唐纳德·R.,编辑 (1981):华盛顿州圣海伦斯火山 1980 年的喷发。美国地质调查局专业论文集 1250。
*已编辑以更正单位换算,感谢 洛克伍德·德威特。