聖海倫斯火山

聖海倫斯火山（St. Helens），位於美國西北部華盛頓州，喀斯喀特山北段。北緯46.2°，西經122.18°，海拔2549米，為成層火山。聖海倫斯火山是包含160多個活火山的環太平洋火山帶的一部分，因火山灰噴發和火山碎屑流而聞名。

聖海倫斯火山具有記載的大規模火山爆發發生在1980年5月，導致57人喪生，火山灰燼覆蓋美國西部大片區域。該次火山爆發將山頭削去了300米，崩塌造成的2.5立方千米岩屑直接沖入下面的山谷。2004年以後火山活動逐漸趨於活躍並產生小規模的爆發。聖海倫斯火山再全新世共有44次噴發活動，其中VEI大於3噴發活動共有10次。

基本介紹

• 中文名：聖海倫斯火山
• 外文名：St. Helens 
• 所屬山系：喀拉喀特山脈
• 地理位置：美國西北部華盛頓州 
• 海拔：2549 m 
• 山脈類型：活火山、成層火山

形成演變

1980年以前，聖海倫斯火山形成了一個圓錐形的年輕火山，有時被稱為美國的富士山。聖海倫斯火山形成於4萬至5萬年前的九個噴發時期，是全新世喀斯喀特山脈最活躍的火山。在2200年前，特弗拉火山、熔岩穹丘和火山碎屑流爆發，形成了聖海倫斯較古老的建築物。19世紀的歷史性火山爆發起源於北側的山羊岩地區，早期的定居者目睹了這一過程。

位置境域

聖海倫斯火山位於美國太平洋西北區華盛頓州的斯卡梅尼亞縣，西雅圖市以南154千米，波特蘭市東北85千米處，北緯46.2°，西經122.18°，是喀斯喀特山脈的一部分。

地理環境

地質

聖海倫斯火山是活火山，由英安岩，安山岩組成。

地貌

聖海倫斯火山成層火山，海拔2549米。

所屬山脈

聖海倫斯火山位於喀斯喀特山北段，喀斯喀特山脈是太平洋海岸山脈的一部分。從美國加利福尼亞州北部向北延伸，綿亘至加拿大不列顛哥倫比亞省的南部，全長1100多千米，海拔1800一2500米。山脈自南向北增高，其中段被哥倫比亞河切割成峽谷。山脈大部分為熔岩和火山噴出物覆蓋，尤其在南段，火山錐林立，部分尚在活動中。

火山活動

活動歷史

聖海倫斯火山再全新世共有44次噴發活動，其中VEI大於3噴發活動共有10次。

開始日期	結束日期	確定性	VEI	證據	噴發範圍
1990年11月5日	1991年2月14日	已證實	3	歷史觀測	熔岩穹丘北側
1980年3月27日	1986年10月28日±3日	已證實	5	歷史觀測	頂峰及北翼
1842年11月22日	1845年9月18日	已證實	3	歷史觀測	北翼
1831年8月	未知	已證實	3	歷史觀測	北翼
1800年1月15日±120日	未知	已證實	5	樹木年代學	北翼
1482年1月15日±120日	未知	已證實	5	樹木年代學	廣泛
1480年1月15日±120日	未知	已證實	5	樹木年代學	廣泛
0530BCE	未知	已證實	5	碳同位素測年	廣泛
1770BCE±100年	未知	已證實	5	樹木年代學	廣泛
1860BCE	未知	已證實	6	碳同位素測年	廣泛
參考資料：

聖海倫斯火山在最近的地質歷史上頻繁噴發，以及在過去三十年里的兩次噴發表明，它很有可能再次爆發。此外，在過去的五個世紀裡，這座火山已經發生了四次大規模的爆炸性噴發，影響了太平洋西北部地區，並向下風輸送了大量的火山灰。

聖海倫斯火山歷史

聖海倫斯火山早期爆發的時期是距今大約40000至35000年前的“猿猴峽谷時期”（Ape Canyon Stage），然後是距今20000至18000年前的“美洲獅時期”（Cougar Stage），和距今約13000至8000年前的“雨燕溪時期”（Swift Creek Stage）。現代時期被稱作“靈湖時期”（Spirit Lake Stage），約3900年前開始至今，靈湖時期以前的時期被統稱為祖先時期。祖先與現代時期的主要區別在於噴發岩漿的構成成份。祖先時期的岩漿包含英安岩和安山石，而現代時期的岩漿則成份複雜，包含橄欖石、玄武岩、英安岩和安山石等等。

聖海倫斯火山在距今37600年前的更新世，即猿猴峽谷時期開始成長，並噴發出英安岩和安山石的輕石和火山灰。36000年前，一次大規模的火山土石流沿火山瀉落，而土石流在聖海倫斯火山的所有爆發周期中都扮演著重要的角色。猿猴峽谷時期在距今約35000年前結束，接下來的是長達17000年相對平靜。祖先時期的部分火山錐在爆發中分裂，並在距今14000到18000年前的冰河時期被冰川搬運移動。

第二個爆發期即美洲獅時期於距今約20000年前開始，持續約2000年。灼熱輕石的火山碎屑流和火山灰以及火山岩穹頂的增長都在這一時期發生。之後又出現了5000年的平靜期，直到雨燕溪爆發期開始，代表性的現象是火山碎屑流，穹頂增長和火山灰對附近地區的覆蓋。雨燕溪爆發期在距今8000年前結束。

史密斯溪和松木溪爆發期

公元前約2500年，持續了4000年的平靜被史密斯溪爆發期的開始打斷。火山噴出大量火山灰和棕黃色輕石，覆蓋了幾千平方千米的土地。通過火山灰層體積判斷，公元前1900年發生的火山爆發是聖海倫斯火山在全新世發生的為人所知的最大規模爆發。這一爆發期一直持續到約公元前1600年，噴發出的物質在80千米外今天的瑞尼爾山國家公園堆積了46厘米厚。噴發物最遠在北至加拿大阿爾伯塔省的班夫國家公園，南至俄勒岡州東部都有蹤跡。噴發在整個範圍內的物質體積總計可能有10立方千米之多。接下來火山又沉靜了約400年。

公元前1200年左右火山再度甦醒，松木溪爆發期由此開始。這一時期持續到約公元前800年，以爆發規模較小為特徵。無數粘稠熾熱的岩漿沿山而下，停留在附近的山谷里。公元前1000年到公元前500年之間一次大規模的火山泥流填埋了路易斯河谷65千米長的一段。

城堡溪和糖碗爆發期

接下來的爆發期是城堡溪（Castle Creek）爆發期，於公元前400年開始，特徵是火山岩漿組成成份的變化，即新出現的橄欖石和玄武岩。1980年前的火山頂就是在這個時期開始形成的。在之前常見的碎屑岩石之外，這一時期的顯著特徵是大量的岩漿流。大量的安山石和玄武岩岩漿覆蓋了山的一部分，公元100年的一次岩漿流一直流到了路易斯和卡拉瑪河谷。其他成份，比如因其岩漿管（lava tube）系統而得名的山洞玄武岩，從其噴發口一直流到15千米之外。在公元1世紀裡，火山灰流沿了北側之河川和卡拉瑪河谷移動了50千米遠，甚至可能達到了哥倫比亞河。接下來的400年是火山的平靜期。

糖碗爆發期十分短暫，且於火山的歷史中其他爆發期有截然不同的特點。它帶來了1980年之前唯一一次明確的定向爆炸式的爆發。岩漿首先安靜從火山流出並形成了一個穹頂，接下來發生了至少兩次猛烈的爆炸，產生了少量的火山碎屑，爆炸堆積物，碎屑流和火山泥流。

卡拉瑪和山羊石爆發期

在約1480年，持續了700年的平靜期被打破，大量的灰白色英安岩輕石和火山灰開始噴發，標誌著卡拉瑪時期的開端。1480年發生的爆發比1980年5月18日的爆發規模還要大幾倍。接下來又一次規模堪與1980年相比的爆發在1482年發生。火山灰和輕石在東北9.5千米處堆積了1米厚；在80千米外也有5厘米厚。大量的火山碎屑流和火山土石流接著順山南坡而下，衝進卡拉瑪河。

這一為期150年的爆發期中，岩漿中的矽土成份有所減少，爆發產生的安山石火山灰形成了至少8層深淺相間的地層。成塊的安山石岩漿從火山口沿山東南側而下。後來，火山碎屑流蓋過安山石岩漿，流入卡拉瑪河河谷。最終英安岩在火山口上填滿了以前爆炸形成的彈坑，形成了幾百米高的火山丘。火山丘側面的大塊部分脫落，以碎石形態覆蓋在火山錐上。側向的爆發在火山口東南壁上開出了一個缺口。卡拉瑪時期在約1647年結束時，聖海倫斯火山達到了其最高的海拔，也形成了高度對稱的外形。接下來的150年裡火山再一次回歸平靜。

1800年開始的山羊石爆發期持續了57年，這也是第一個對聖海倫斯火山爆發的口頭和書面描述共同存在的時期。與卡拉瑪時期類似，山羊石爆發期開始於英安岩火山灰爆發，隨之而來的是安山石岩漿，最後在英安岩火山丘形成時達到頂峰。在規模上，1800年的爆發可能與1980年的爆發接近，但沒有對山峰造成毀壞。火山灰向東北飄散到華盛頓州中部和東部，愛達荷州北部，和蒙大拿州西部。1831年到1857年接連發生了至少十餘次小規模爆發，其中還包括在1842年發生的一次相對規模較大的爆發，噴發口就在山北坡山羊石或其附近。

現代爆發期

在1980年3月20日，聖海倫斯火山經歷了一場裡氏4.2的地震。煙霧於3月27日開始從火山口冒出。到4月末，聖海倫斯火山的北面開始凸起及膨脹起來。毫無先兆的情況下，強度5.1級的第二次地震於5月18日發生，引發了山北坡大規模的塌陷，造成了歷史記載以來最大的一次岩屑山崩。山體內的岩漿噴發形成了大規模的火山碎屑流，夷平了附近600平方千米的植被和建築物。在火山爆發指數（en:Volcanic Explosivity Index）中，這次爆發被列為普林尼式爆發（Plinian eruption）。

山北坡的塌陷混雜著冰、雪和水形成了火山泥流。泥流沿Toutle河及Cowlitz河前進了若干千米，摧毀了一路的橋樑和伐木場。總共三百萬立方米的物質被泥流運送到了南方27千米外的哥倫比亞河裡。

劇烈的火山灰噴發持續了9個多小時，煙柱高度達到了海平面以上20到27千米。煙柱以每小時95千米的速度向東飄移，中午時到達愛達荷州。5月18日大約下午5:30，垂直煙柱的高度開始減小，較小規模的噴發一直持續到了幾天之後。

聖海倫斯火山爆發的能量總共相當於三億五千萬噸TNT炸藥，或者27000枚廣島核子彈，又或者7倍於人類建造測試過的最大當量核武器沙皇炸彈（Tsar Bomba）的威力。它噴出了2.8立方千米的物質。山北坡的塌陷使聖海倫山的海拔縮短了將近400米，留下了一個1.6到3.2英里寬，800米深的火山坑，北面留有巨大的缺口。爆發一共使57人喪生，還殺死了將近7000頭大牲畜（鹿、角鹿和熊），以及附近漁業孵化場的約一千二百萬條魚。有超過200所住宅，300千米長的公路和25千米鐵路遭毀壞。

在1980年到1986年之間，聖海倫斯火山的火山活動持續不斷。新的岩漿形成了新的火山丘，大量的小規模爆炸和造丘爆發時有發生。從1989年12月7日到1990年1月6日，以及1990年11月5日到1991年2月14日，火山發生爆發，有時還伴隨著火山灰形成的巨大雲團。

在1980年的火山噴發中，山頂的400米高處因坡面塌陷而被移走，留下了一個長2x3.5千米的馬蹄形火山口，現在部分被熔岩熔岩穹丘填滿。

2004年之後的火山活動

聖海倫斯火山在2004年的10月1日再度活躍起來，最初的特徵是成百上千次的小規模地震，隨後則幾次噴出蒸氣和火山灰。

熔岩在2004年10月11日達到了火山表層，在已有火山丘的南側形成了新的火山丘。這一成長從2005年一整年一直持續到2006年。過程中的一些現象被觀察記錄下來，比如“鯨背”，包含著冷卻固化的岩漿受擠壓形成的長柱。這些現象都相當不穩定，在形成後很快就倒塌消失了。2005年7月2日，鯨背的一角折斷墜落，造成的落石把煙塵送到了幾百米高的空中。

2005年3月8日發生了一次火山活動。噴出的11000米高的煙霧和灰塵雲從西雅圖（美國華盛頓州）也能看到。這次小規模的噴發是造丘運動積蓄壓力的一次釋放，伴隨著噴發的是一次2.5級地震。

另一個在火山丘上形成的現象被成為“鰭”（fin）或“板”（slab）。大約半個足球場大小的冷卻了的火山岩以每天2米的速度被推著向上升。

2006年6月中，岩板開始在頻繁的岩崩中破裂，同時還在不斷的受擠壓上升。這時火山丘的最高高度是2301米，仍然比2005年7月鯨背坍塌前的高度要矮。2006年10月22日下午3:13，一場3.5級地震使Spine7脫落，引起的火山丘的崩塌把火山灰煙柱送到了火山口西面2000米的空中，煙柱接下來很快消散了。同年11月19日，大片的冷凝水蒸汽煙柱使媒體推測火山發生了小規模爆發。然而美國地質調查局的喀斯開火山觀測站（Cascades Volcano Observatory）並沒有發現明顯的火山灰雲團。火山從2004年開始的持續活動被認為主要是火山口內湧出的岩漿緩慢建造火山丘和擠壓的結果。

火山災害

在聖海倫斯火山活動的可能性包括恢復熔岩穹丘生長、玄武岩或安山岩特弗拉火山噴發和熔岩流、英契岩特弗拉火山爆發和火山碎屑流以及橫掃火山上山谷的大型熔岩流。

旅遊資源

聖海倫斯火山地區現已成為美國國家火山的名勝地，政府為旅遊者開闢了一條專用通道，也利用這個場所來教育人民，宣傳火山噴發的危險性。

這座海拔2591米的火山是美洲最活躍的火山，過去一段時間，聖海倫斯火山一直不太安分。高高的火山口經常會噴出濃濃的煙霧，站在火山附近還可以感到大地在微微顫動，地質學家將此稱作“火山的低水平爆發”。儘管如此，當地政府還是解除了對聖海倫斯火山的登山禁令，想要近距離接觸火山的人可以像他們一樣，帶上背包上山了。不過，有“低水平爆發”，就意味著危險依然存在。當地政府提醒遊客，在活火山上遊覽隨時可能出現意外，因此一定要格外注意安全。

科學研究

美國地質調查局在火山上開展了全面深入的火山監測項目，以發現新的火山活動跡象，並與聯邦、州和地方機構合作，制定危機計畫和風險緩解策略。

由於1980—86年和2004—2008年的火山爆發，聖海倫斯火山擁有喀斯喀特山脈所有火山中最好的地震監測網路。它也是華盛頓州和俄勒岡州級聯最活躍的地震活火山。太平洋西北地震台網（PNSN）平均每個月有22個地震事件，而在火山爆發期間，這些事件的數量要多得多。雖然1970年代在聖海倫斯山附近安裝了幾座地震站，但1980年為應付從那年3月開始的動亂，安裝了第一個完整的地震站網。從那時起，數以百萬計的地震以及其他非地震信號（如岩崩、爆炸、雪崩、冰川地震、直升機）被記錄下來。PNSN地震目錄包括前兆活動（1980—1986年和2004年噴發之前）、與間歇性爆發性噴發相關的地震活動（1980年）和穹窿生長（1980—1986年和2004—2008年），以及噴發之間相對平靜的時期（1987 — 2004年和2008年至今）。該台網記錄的地震資料已用於許多研究，包括:

全球定位系統（GPS）

GPS數據記錄了地球表面某一特定時間點的精確三維位置。通過比較不同時間的位置，就有可能知道發生了多少移動。

位於聖海倫斯山西側的現代GPS站點

傾斜儀

在2004年至2008年聖海倫斯火山熔岩穹丘建築噴發的整個過程中，發生了異常淺的、有規律間隔的“鼓點”地震，火山口內安裝了一個傾斜儀網路，以測量可能的相關地面變形。傾斜儀記錄了數以千計的傾斜事件，但每一個事件持續的時間太長，不能直接由鼓點地震引起。

影像監測

多種類型的照相機圖像用於監測聖海倫斯火山的活動，包括地面數碼照片、航空照片和網路攝像頭圖像。基於地面的數位相機可以設定在對科學家來說太危險而無法進行長期實地工作的地區，並且可以提供高質量的本地活動圖像，通常集中在一個地區，幾乎是實時的。航拍照片提供了一個廣闊地區活動的視角。網路攝像頭可以實時提供廣泛和集中的視角。所有的圖像都可以用來測量火山活動類型的速率和強度。例如，可以比較來自空中和地面照相機的時間序列照片，以分析地物的變化，並計算運動速度或體積的變化。

火山口和1980-1986年聖海倫斯山的熔岩穹丘

火山氣體監測

火山釋放的氣體與地表下岩漿的類型、數量和深度直接相關。科學家測量不同火山氣體的類型和數量，以便更好地了解火山的行為。天然氣產量的增加或組成天然氣的化學成分的變化可能是火山活動增加的第一個地表跡象。自從1980年在聖海倫斯山開始進行氣體排放研究以來，基本上使用了所有收集樣本的技術:直接測量地面上的噴氣孔、空中測量噴發羽狀物以及分析水化學中氣體的含量。

熱力特徵監測

通過分析噴發火山的熱特徵，科學家們可以更好地了解活火山的活動過程。熱成像數據，特別是與其他監測技術（如地震活動性、GPS測量和氣體排放）一起使用時，有助於確定潛在火山災害的性質。在2004年至2008年聖海倫斯火山爆發期間，卡斯卡德斯火山觀測站的工作人員用直升機上安裝的熱紅外（TIR）相機和光學相機並排監測火山活動。CVO的工作人員進行了觀察飛行，從火山爆發時每天兩次到火山爆發後熔岩穹丘突出時（天氣允許的話）每周幾次。熱測量區分了冷熱噴發事件和構造，有助於描述噴發序列。熱成像顯示，火山口熔岩穹丘是由一系列緩慢噴出的熔岩刺組成的。

岩石學監測

火山岩的化學和物理特徵可以在連續噴發期間進行研究，以幫助科學家更好地理解火山內部發生的變化。這稱為岩石學監測，最好與實時和近實時數據（如地震、變形和氣體）結合使用。為了將火山監測套用於預測火山危機期間的事件，必須在火山爆發後不久收集新的樣本。然而，分析樣本可能需要幾天的時間，因此這些方法通常不能在非常短的時間內（即，每小時或每日）火山爆發預測。然而，岩石學監測確實能讓火山學家了解岩漿儲藏區域的情況（如溫度、粘度、深度、氣體含量）以及岩漿上升的速度。這些因素對於確定火山的爆發程度很重要。對於長時間噴發（如持續數周至數年），岩石學監測在探測可能表明新岩漿正在進入火山系統的變化和幫助預測噴髮結束方面具有關鍵作用。岩石學監測只能對第一次被送到地表的新噴發的新生物質進行，這些物質被稱為新生岩石。有些火山爆發，如蒸汽爆炸，是由於淺熱液系統的高壓而發生的，只把較老的岩石（稱為岩屑）帶出地表。一些火山噴發的產物可能包括幼年期成分和岩屑成分，但只有幼年期成分才能幫助科學家了解當前的火山噴發。