火山灰的形成过程 火山灰是怎么构成的？

火山灰是怎么构成的？

火山灰是指由火山喷发出而直径小于2毫米的碎石和矿物质粒子。在爆发性的火山运动中，固体石块和熔浆被分解成细微的粒子而形成火山灰。它具有火山灰活性，即在常温和有水的情况下可与石灰（CaO）反应生成具有水硬性胶凝能力的水化物。因此磨细后可用作水泥的混合枝正念材料及混凝土的掺合料。火山灰由火山活动产生，就是细微的火山碎屑物。由岩石、矿物、火山玻璃碎片组成，直径小于2毫米，其中极细微的火山灰称为火山尘。在火山的固态及液态喷出物中，火山灰的量最多，分布最广，它们常呈深灰、黄、白等色，堆积压紧后成为凝灰岩清租。在一些火山灰质的混合料中，存在着一定数量的活性猛困二氧化硅、活性氧化铝等活性组分。形成原理:火山爆发时，岩石或岩浆被粉碎成细小颗粒，从而形成火山灰。火山灰不同于烟灰，它坚硬、不溶于水。火山灰反应就是指这些活性组分与氢氧化钙反应，生成水化硅酸钙、水化铝酸钙或水化硫铝酸钙等反应产物，其中，氢氧化钙可以来源于外掺的石灰，也可以来源于水泥水化时所放出的氢氧化钙。在火山灰水泥的水化过程中，火山灰反应是火山灰混合材中的活性组分与水泥熟料水化时放出的氢氧化钙的反应。火山灰水泥的水化过程是一个二次反应过程。首先是水泥熟料的水化，放出氢氧化钙，然后再是火山灰反应。这两个反应是交替进行的，并且彼此互为条件，互相制约，而不是简单孤立的。水在压力作用下由细小喷口喷出形成雾。

同样原理，呈熔融状态的岩浆在巨大压力作用下，由火山口喷出形成岩浆雾，岩浆雾凝固成细小颗粒就形成火山灰，即岩浆的雾化作用形成火山灰。

火山灰的形成原理和组成部分，如何揭示环境中水的污染速率？

众所周知，火山灰形成于火山喷发的过程之中，凝固的岩浆由于受到火山活动的剧烈推动，形成了由碎石和矿物质粒子所组成的微观碎片。而火山灰在形成之后，便进入了地球的大气层，并通过风力的作用被运输到不同的地点。这些火山碎屑物具有传播距离远、污染范围广的特点，它们中的一部分在覆盖冰面时被保留了长达数千年，而另一部分则在侵入到水中之后影响了水质。那么，形成于火山喷发的透明冰芯中的褐色层，与当时的气候存在着怎样的关联？而在火山活动的附近区域内，其水源的污染速率又是否取决于火山灰的形状？

火山灰的形成原理及组成部分

火山是地球上较为常见的一类地貌形态，而当其在压力作用下喷出熔融物质的过程，则是一种被称为火山爆发的自然现象。由于火山的类型具有多样性，因而，它们在爆发时所具有的破坏性也有所不同，比如：休唤宴伏眠火山、死火山和活火山。而火山灰的形成，就源于火山爆发时的岩浆或岩石被粉碎，这种细小颗粒不仅坚硬，而且还不溶于水。火山灰的形成过程，实质上就是一个二次反应过程，强大的压力作用使得熔融状态的岩浆在火山口喷出，并形成了岩浆雾，而火山灰又形成于这些岩浆的雾化作用。

那些由火山活动所产生的火山灰，它们的直径通常处于2毫米以下的范围，并主要呈现出灰色、黄色和白色。不管是火山的液态喷出物，还是固态喷出物，其中火山灰的含量最多、且分布更广，而当其经历堆积压紧之后，便会成为凝灰岩。比如，活性氧化硅、二氧化硅等活性物质，也存在于一些火山灰质的混合物质之中，尽管它们的存在数量有限。或许你有所不知，火山灰颗粒的大小，不仅决定了可到达我们呼吸道部位的深浅、损坏我们的建筑物表面、降低空气中的能见度，还能给予过往气候的重要提示，并决定该火山活动区域的水质污染速率。

冰芯中的火山灰和气候有关

有时候，科学家们也会在一些透明的冰芯中，观察到一到两毫米左右的褐色薄层，而这些微小的部分则形成于火山喷发的时候。那些数千年前覆盖在冰面的火山物质，虽然难以肉眼观察到，颗粒的大小一般处于十分之一到百分之一毫米，但研究人员却可以通过冰芯实现回收。极小的灰烬碎片含量，导致了大多数火山层在冰芯中都不可见，需要其中一层存有足够的灰烬祥燃颗粒，方才足以在该冰芯中观察到棕色的细条带结构。

我们可以通过数字来具体感知这样的探索难度，倘若我们想要在三公里左右的冰芯中，找到含有足够灰烬颗粒的灰烬层存在于冰芯之中，那么，这几乎就是一件不可能完成的任务。之所以科学家们会耗费如此多的时间来研究火山灰，其中还有一个与气候有关的重要因素，也就是说，含有火山灰的不同冰芯，记录下的实际上是不同时期的气候信息。我们可以通过火山灰本身的化学指纹，追溯到其火山来源，以及详细的喷发源。尽管分和携析样品的准备过程耗时费力，但却可以通过其化学成分的结果，将其与沉积岩心、或其他冰中具有类似碎片的分析数据进行对比，又或是将其与目标火山喷发现场的火山灰烬中含有的成分进行针对性比较。

火山灰形状决定水源污染速率

事实上，火山爆发时威力的大小，可直接决定其传播的距离有多远，而其周围土壤、植被、地表水和地下水的重金属污染，则会在短时间内快速蔓延。科学家们表示，火山灰的形状往往和水源被污染的速率有关，而这个关键的指标就是火山灰颗粒的面积。简而言之，火山灰的气泡多少决定了颗粒的表面积大小，而对于表面积更大的火山灰而言，则拥有更多的表面来渗透水，因而其浸出速度会相对更快，这为科学家们预估火山活动区域内的水质风险提供了很大的帮助。

科学家们在针对火山灰进行的研究过程中发现，就火山区域附近水源污染的程度而言，尽管，火山长时期以来的反复喷发，会导致该区域中的污染物蓄积。但就单次火山爆发事件而言，则在开始几个小时中呈现出了最严重的趋势，然后出现了浸出率缓慢下降的情况。这个结果同时还表明了，火山灰的颗粒结构与水质的污染存在很大关联，我们开始了解到这样一个重要的基本事实：污染物在水中的溶解方式，也会受到火山灰类型的影响。比如，左图中所示的图里亚尔巴火山的安山岩灰，便因为拥有高孔隙率而具有更大的表面积。但右图中所示的基拉韦厄的玄武岩灰图像，则由于具有光滑的球形外观而呈现出了相对更小的表面积。

关于火山灰研究的过去和现在

在之前的很长一段时间里，我们对火山灰所进行的研究，总是假定它们中的每个颗粒都具有致密而均匀的球形结构。然而，却忽略了其中的某些部分颗粒具有多孔性，比如，每一个多出来的微小气泡都可以增加火山灰的表面积，并促使更多的水因为充分接触了这样的物质而被污染。并且，火山灰也并不只有一种类型，它们分别都拥有自身特有的组成元素，因而具有不同的污染物浓度。比如，玄武岩灰中的火山灰金属含量就比安山灰更高。

科学家们为了弄清不同形态的火山灰，在同样的环境中如何浸入，于是收集了四个不同火山的火山灰样本。不仅测量了这些样本各自的表面面积，而且还计算了灰烬中包含的气泡数量。从实验过程来看，在七天的时间里，具有更大表面积的灰烬颗粒所，具有的金属浸出速度相对更快。为了确保实验的准确性，研究人员还在该过程中的不同时间节点，进行了火山灰样品表面积的测量，以确认风化对浸出率所带来的影响到底有多大。而这一切又会为当时的环境带来不可磨灭的影响，火山灰就像是一个指纹钥匙，能够带给我们和它有关的许多重要信息。

火山灰（Volcanic Ash）

一、概述

火山灰是一种粒径0.01～2mm的火山熔岩碎屑。与浮石（岩）一样，它是火山喷发过程中，火山爆发强度的差异引起熔岩急速冷凝碎裂程度不同而形成的岩石。浮石主要分布在火山口四周，而火山灰因颗粒细可随风带至远离火山的地方堆积或沉积。火山灰由岩石、矿物、火山玻璃碎片组成，还有人将其中极细微的火山灰划分出来称为火山尘。在火山的固态及液态喷出物中，火山灰的量最多、分布最广，它们常呈深灰、黄、白等色，堆积压紧后成为凝灰岩。古近纪以前的火山灰已固结成凝灰岩。

二、矿物岩石学特征

火山灰的碎屑成分以玻屑为主，次为晶屑及岩屑，其化学成分与相应的熔岩相似，但由于陆源混入物的含量不同，成分常有变化。矿物组成和成分有很大差别，按其组成可分为玄武岩质、流纹岩质、安山岩质、粗面岩质火山灰。

火山灰一般为灰白、灰、浅褐、浅紫等颜色。密度小于1g/cm3，能漂浮于水面。火山灰除单独出现外，还常与火山砾、火山集块混杂产出。

三、用途

火山灰开采容易、加工简便。主要用于建筑材料，混凝土用天然轻质骨料。如外墙板、楼板、屋面板、屋面保温层、隔热层等，广泛应用于各种建筑。火山灰因具有较高的活性，粉磨后具有较高的硅酸率、铝氧率和一定的水硬性，也可作为水泥原料。磨粉后也可作过滤剂、干燥剂、催化剂和石油化工中的分子筛储酶载体。另外，火山灰还可以作为杀虫剂载体、肥料控制剂。

火山灰的新用途不断被发现，应用范围不断拓宽，如抛光、美容、洗涤、填料（化妆用品、装饰板、隔声油漆、膨松油漆）等有特殊用途的产品在工业上的需求量不断增长。

四、地质特征

火山爆发时，岩石或岩浆被粉碎成细小的颗粒，从而形成火山灰。火山灰除古近纪、新近纪、第四纪的喷发产物呈疏松状外，其他时代者大多已固结为凝灰岩。

我国火山灰矿床的成矿时代新，火山活动的时代主要为古近纪、新近纪和第四纪。矿床主要集中分布在板块俯冲带内侧及深大断裂上。来自上地幔的岩浆熔融体所处深度不同，在上升过程中分异程度、同化作用不同，因而火山灰在物质成分上具有明显的区域性变化的特点。火山爆发时炽热的火山灰随气流快速地上升，将对飞行安全造成威胁。大规模的火山喷发所产生的火山灰可在平流层长期驻留，从而对地球的气候产生严重的影响。

五、矿床分布

火山灰矿床的分布直接与陆缘和大洋边缘岛屿的古近纪、新近纪、第四纪中心式喷发火山的分布相关。主要分布于火山活动地区，北起黑龙江、南至海南岛的火山分布区都有分布，以北方地区为多，质量较好，喷发年代较新。按岩性可将火山灰矿床分为基性、中性、酸性三类。基性的玄武质火山灰矿床有黑龙江五大连池、克东大克山，吉林辉南大椅山、安图二道白河等地。中性安山质火山灰矿床如吉林长白山天池。酸性流纹质火山灰矿床如吉林安图圆池、双目峰等。

六、可供资源

目前我国火山灰矿床已大量开展资源地质工作，并获得了一定储量，分布在黑龙江、吉林、辽宁、西藏、内蒙古、陕西、广东等几省区的近20座近代火山。火山灰矿床在我国分布不均匀，露天开采，加工方法极其简单，现有的火山灰矿山企业多数是乡镇企业。

根据2005年国土资源部《全国矿产资源储量通报》，火山灰矿床产地探明储量的有4处（表2-39-1），主要产于黑龙江（3处）和西藏（1处）。火山灰查明资源储量6996×104t。

表2-39-1 中国火山灰矿床查明资源储量的情况

（据国土资源部《全国矿产资源储量通报》，2005）