火山和地震教学课件

火山与地震的自然力量揭秘第一章火山基础知识什么是火山？火山是地球表面最引人注目的地质现象之一它是地壳中的岩浆通过特定通道喷发到地表形成的复杂地质构造体火山系统包括多个重要组成部分位于地下的岩浆室储存着高温熔融岩石，火山口是岩浆喷出的开口，而火山锥则是多次喷发堆积形成的山体结构火山的形成机制0102板块俯冲作用岩浆上升过程当海洋板块俯冲到大陆板块下方时，俯冲由于浮力作用，岩浆沿着地壳薄弱带不断带的高温高压环境使岩石发生熔融，产生上升，在上升过程中可能在不同深度形成富含挥发性成分的岩浆这些岩浆比周围岩浆房，积累足够的压力和体积后继续向岩石密度更低，开始向上运动地表运动热点火山形成火山的三种主要类型盾状火山复合火山（层状火山）特征是熔岩流动性极强，形成坡度缓由多次不同类型的喷发物质层层堆积和的宽阔火山锥夏威夷的毛纳罗亚而成，坡度陡峭，呈现优美的锥形外火山是典型代表，其基底直径超过观日本富士山是最著名的复合火公里，但坡度仅为度山，高度达米2004-63776•熔岩温度高达1200℃•岩浆粘度较高硅含量相对较低交替喷发熔岩和火山碎屑••喷发相对温和持续潜在爆炸性较强••破火山口（卡尔德拉）大规模爆炸性喷发后，火山顶部因岩浆房空虚而塌陷形成的巨大圆形凹地印尼克拉卡托火山年的喷发就形成了著名的破火山口1883直径可达数十公里•常形成火山湖•喷发威力极其巨大•火山活动状态分类活火山过去1万年内有明确喷发记录或现在仍在活动的火山全球约有1500座活火山，美国圣海伦斯火山1980年的壮观喷发就是典型例子，喷发柱高达19公里休眠火山目前处于静止状态但仍有复活可能的火山华盛顿州的雷尼尔山虽已休眠数百年，但地质学家认为它仍有再次喷发的潜力，需要持续监测死火山长时间没有喷发活动，岩浆供应系统已经停止工作的火山苏格兰爱丁堡城堡所建在的岩石就是古老死火山的遗迹，距今已有3亿4千万年火山喷发的类型火山喷发是地球内部能量释放的壮观展示，其方式和产物具有显著的多样性喷发物质组成喷发方式特征熔岩高温液态岩石，温度在爆炸式喷发岩浆粘度高、气体含量丰700-之间富，产生强烈爆炸，喷射高度可达平流1200℃层火山灰直径小于毫米的细小碎屑，可2飘散数千公里溢流式喷发岩浆粘度低、气体含量火山弹大块熔融岩石，呈纺锤形或面少，平缓流出形成广阔的熔岩流包状火山气体主要包括水蒸气、二氧化硫、氢气等爆炸式喷发的危害火山灰云的全球影响火山碎屑流的毁灭威力典型案例阿拉斯加雷德奥特火山强烈的爆炸式喷发可将火山灰推送至海由炽热气体、火山灰和岩石碎屑组成的拔25公里以上的平流层，形成巨大的蘑高密度流体，温度高达800℃，速度可1912年的喷发释放的火山灰体积达13立菇云这些微细颗粒在大气中可存留数达200公里/小时它们沿着山坡以惊人方公里，是20世纪最大的火山喷发之月甚至数年，严重影响全球气候模式和速度冲下，所经之处寸草不生，建筑物一喷发产生的火山灰在阿拉斯加堆积航空安全2010年冰岛艾雅法拉火山喷瞬间被摧毁掩埋厚度超过30厘米，连1500公里外的西雅发导致欧洲上万架次航班取消图都能听到爆炸声溢流式喷发的特点温和而持续的能量释放溢流式喷发的岩浆粘度较低，含气量少，因此喷发过程相对平缓温和熔岩以稳定的速度从火山口流出，形成壮观的熔岩河流和熔岩湖这种喷发方式虽然破坏力相对较小，但持续时间很长，可以数月甚至数年不间断地流淌，逐渐形成广阔的熔岩平原和新的陆地夏威夷基拉韦厄火山是溢流式喷发的典型代表，它几乎持续不断地喷发了多年，30创造了约平方公里的新陆地，展现了地球造陆的奇妙过程500火山灾害实例庞贝古城毁灭（公元年）79公元年月日，意大利维苏威火山令人惊奇的是，火山灰的快速掩埋反而79824突然爆发，这场灾难成为人类历史上最完美保存了城市的一切街道、建筑、著名的火山灾害之一火山喷发产生的壁画，甚至人们临终前的姿态都被永久高温火山碎屑流以闪电般的速度冲向山定格脚下的庞贝城世纪开始的考古发掘让庞贝重见天18在短短几个小时内，这座繁华的古罗马日，为我们提供了珍贵的古罗马生活画城市就被厚达米的火山灰完全掩埋卷这座时间胶囊让我们直观认识到4-6城中约万居民大多来不及逃生，瞬间被火山灾害的恐怖威力和保护意义2高温气体和火山灰吞没火山灾害实例圣皮埃尔城毁灭（年）19022900028死亡人数幸存者喷发时间几乎全城人口在数分钟内整座城市仅有人奇迹般生上午点分，悲剧瞬间降2802丧生还临年月日，位于加勒比海马提尼克岛的佩雷火山发生灾难性喷发火山产生的超190258高温火山碎屑流（温度达以上）以每小时公里的速度冲向山下的圣皮埃尔1000℃160城这座当时被誉为西印度群岛巴黎的美丽城市在短短几分钟内被彻底摧毁唯一的两名幸存者是一名被关在地下监狱的囚犯和一名鞋匠，他们的生还堪称奇迹这场灾难深刻展示了火山碎屑流的极端威力和火山监测预警的重要性火山监测与预警技术现代火山学利用多种先进技术手段来监测火山活动，为灾害预警提供科学依据地震活动监测地形变形监测气体排放监测火山地震是岩浆运动最直接的指示器当岩浆在利用卫星定位和地面倾斜仪，科学家能够测火山气体成分的变化是喷发前的重要信号二氧GPS地下移动时，会产生特征性的震动信号监测站量到毫米级的地表变化火山地区的地面隆起通化硫浓度的急剧上升通常预示着新鲜岩浆正在上通过精密地震仪实时记录震动频率、强度和深度常表明地下岩浆房正在充填膨胀，而地面下沉可升现代遥感技术可以从卫星上监测大气中火山变化，一旦检测到异常的地震活动集群，就可能能意味着岩浆已经喷发或向深部迁移气体的浓度分布，为预警提供关键数据预示着火山即将喷发火山喷发的环境与气候影响大规模火山喷发对全球环境和气候系统产生深远而持久的影响，其威力足以改变整个地球的气候模式当火山将大量火山灰和硫化物气体喷射到平流层时，这些物质形成巨大的气溶胶云，能够反射和散气候影响持续时间射太阳辐射，导致地球表面接收到的太阳能减少火山喷发对气候的影响可持续年，期2-3年印尼坦博拉火山的超级喷发释放了约亿间全球平均气温可能

18151.5吨硫化物到大气中，引发了全球性的气候异常次下降1-2℃，严重影年被称为无夏之年，北半球夏季平均气温下降响农业生产和生态系了统

0.4-

0.7℃这次气候变化导致农作物大量减产，引发了严重的饥荒欧洲和北美洲出现了罕见的夏季降雪，中国也记录了严重的气候异常第二章地震基础知识探索地震的成因机制、传播规律和监测技术，了解这一自然现象对人类社会的深刻影响什么是地震？地震是地球内部能量突然释放的结果，当地壳中的岩石在长期应力作用下达到破裂极限时，会沿着断裂面发生突然错动，释放出巨大的能量这些能量以震动波的形式向四周传播，当到达地表时就形成了我们感受到的地震地震现象涉及几个关键概念震源地下岩石破裂的起始点，通常位于地下几公里到数百公里深处震中震源在地表的垂直投影点，通常是震动最强烈的区域震级表示地震释放能量大小的数值，常用里氏震级表示地震的发生遵循板块构造理论，大多数地震发生在板块边界附近，这里是地壳应力最集中的区域全球每年发生数万次地震，但绝大多数震级较小，人们感觉不到地震的成因板块边界运动俯冲带海洋板块向大陆板块俯冲，产生深震和浅震太平洋板块俯冲到北美板块下方，形成了阿拉斯加和日本的地震带碰撞带两个大陆板块相互碰撞挤压印度板块与欧亚板块的碰撞形成了喜马拉雅山脉和频繁的地震活动转换错动带板块沿断层平行滑动美国加利福尼亚州的圣安德烈斯断层是典型的转换断层系统人工诱发地震矿山开采大规模采矿活动改变地下应力分布，可能触发局部地震深部开采和爆破作业是主要原因水库蓄水大型水库的蓄水增加了地壳载荷，可能诱发水库地震中国新丰江水库就曾发生过此类地震核试验地下核试验产生的巨大能量释放会产生类似地震的震动效应地震波类型地震发生时产生的能量以三种主要类型的震动波传播，每种波都有独特的传播特性和破坏效应P波（纵波）S波（横波）Primary波是最快的地震波，传播速度约6-8Secondary波传播速度约3-4公里/秒，使岩公里/秒P波使岩石发生压缩-拉伸运动，可石发生垂直于传播方向的剪切运动S波只能以穿透固体、液体和气体在固体中传播，无法穿过液体•最先到达地表，产生上下震动•产生左右摇摆运动•能够穿透地球核心•无法穿透地球外核•破坏力相对较小•破坏力比P波更大•常被称为警告波•持续时间较长表面波传播速度最慢但破坏力最大的地震波，沿地表传播包括洛夫波和瑞利波两种类型，造成地面的复杂运动•振幅最大，破坏力最强•传播距离最远•主要的建筑破坏源•产生波浪状地面运动地震强度与震级震级能量释放的客观度量震度地面震动的主观感受震级是衡量地震释放能量大小的客观指标，最常用的是里氏震级它是震度描述地震在特定地点造成的震动强度和破坏程度，因距离震中远对数标度，每增加一级，能量释放增加约倍近、地质条件等因素而异中国采用度震度表3212度人无感觉或少数人感觉I-III

3.

05.0度多数人感觉，睡眠者惊醒IV-VI度房屋受损，出现裂缝VII-IX微感地震中等地震度房屋倒塌，地面严重破坏X-XII人们通常感觉不到造成轻微损害同一次地震在不同地区的震度可能相差很大，震中附近震度最高，随距离增加而递减

7.

09.0强烈地震超大地震可造成严重破坏极其罕见的巨大灾难典型地震案例年汶川大地震20082008年5月12日14时28分，四川汶川发生里氏

8.0级特大

8.0地震，震中位于北纬

31.0°、东经

103.4°这是新中国成立以来破坏性最强的地震之一震级强度地震造成的破坏范围极其广泛，重灾区面积达13万平方公里，涉及四川、甘肃、陕西等省份北川、什邡、绵竹等里氏震级

8.0级县市受损严重，许多学校、医院等建筑倒塌这次地震暴露了建筑抗震设计的重要性，促进了中国抗震69227规范的修订和加强，同时展现了中华民族面对灾难时的团结精神遇难人数近7万人失去生命374643受伤人数超过37万人受伤17923失踪人数近

1.8万人失踪地震灾害的主要影响直接物理破坏建筑物倒塌地震波导致建筑结构失效，特别是未按抗震标准建造的老旧建筑最为脆弱钢筋混凝土结构的抗震性能优于砖石结构1地面裂缝与断层错动强烈地震可造成地表出现数米宽的裂缝，断层错动可使地面产生几米的垂直或水平位移山体滑坡与崩塌地震触发山区大量滑坡和崩塌，堵塞河道形成堰塞湖，威胁下游居民安全次生灾害连锁反应火灾地震破坏燃气管道和电力设施，引发大规模火灾年旧金山大1906地震后的火灾比地震本身造成更大损失2海啸海底地震可引发破坏性海啸，年印度洋地震海啸夺走了万人200423生命基础设施瘫痪供水、供电、通信、交通系统中断，严重影响救援和恢复工作医疗设施损毁加剧了人员伤亡地震监测与预警系统现代地震学建立了全球性的监测网络，利用先进技术实时监测地震活动并发布预警信息全球地震监测网络地震预警技术原理世界各国建立了密集的地震台站网络，使用高精度数字地震仪连续监测地壳运动中国地震台网包括1000地震预警系统利用P波比S波和表面波传播更快的特点，在检测到P波后立即分析并发布警报，为人们争取宝多个台站，能够在2分钟内确定全国范围内

3.0级以上地震的基本参数贵的避险时间国际数据交换使得科学家能够快速定位全球任何地区发生的显著地震，为海啸预警和灾害应急提供关键信日本的地震预警系统最为先进，能在强震波到达前提前10-60秒发出警报系统通过电视、手机、广播等多息种渠道同时发布预警信息预警时间价值提前10秒预警可使伤亡减少39%，提前20秒可减少63%即使短短几秒钟也足以采取基本防护措施防震减灾措施建筑抗震设计标准应急疏散演练与公众教育现代抗震建筑采用小震不坏、中震可修、定期进行地震应急演练，提高公众地震安大震不倒的设计理念通过合理的结构设全意识和自救互救能力学校、社区、企计、优质材料和严格施工，建筑物能够在业都应制定详细的应急预案，确保在地震地震中保持结构完整性，保护人员生命安发生时能够迅速有序地疏散到安全地带全地震保险与灾后重建规划建立完善的巨灾保险制度，分散地震风险，为受灾地区提供资金保障同时制定科学的灾后重建规划，在恢复基础设施的同时提高抗震防灾能力第三章火山与地震的联系探索火山活动与地震现象之间的内在联系，理解板块构造理论下的地质过程火山与地震的相互作用火山活动和地震现象在地质学上密切相关，它们都是地球内部能量释放的不同表现形式地震触发火山喷发强烈地震产生的震动可能破坏火山地下的岩浆房结构，改变岩浆通道的压力平衡，从而触发岩浆活动引发地震原本处于临界状态的火山发生喷发岩浆在地下运移时会产生大量微震和火山地震当岩浆突破岩石阻力上升时，释放的应力能量形成特征性的地震信号，为火山监测共同的构造背景提供重要信息火山和地震都主要分布在板块边界附近，它们是同一构造过程的不同表现板块运动既能产生地震，也为岩浆的产生和上升提供了条件研究表明，大地震发生后的数年内，震中周边地区火山活动的频率可能会增加倍，这种相关性在环太平洋火山带表现得尤为明显2-6板块构造理论下的火山与地震板块构造理论为理解火山和地震的分布规律及其相互关系提供了统一的理论框架俯冲带最活跃的地质区域裂谷带新的海洋诞生地海洋板块向大陆板块俯冲的区域是地球上地质活动最频繁的地带俯冲过程中，下沉大洋中脊和大陆裂谷带是板块分离拉张的区域，地幔物质上升填充裂隙，形成新的海的板块在高温高压环境下发生脱水熔融，产生的岩浆上升形成火山弧洋地壳这个过程伴随着频繁但震级相对较小的地震同时，板块间的摩擦和应力积累会周期性地以大地震的形式释放环太平洋俯冲带集东非大裂谷是大陆裂谷的典型代表，这里既有活跃的火山活动，也有频繁的地震活中了全球80%的地震和75%的活火山动科学家认为这里正在形成新的海洋•安第斯山脉火山带中洋脊扩张•日本火山岛弧•阿拉斯加阿留申群岛大西洋中脊每年扩张2-3厘米，持续产生新的海洋地壳，这一过程已持续约•印尼火山岛弧2亿年全球火山与地震分布图太平洋火环世界上最活跃的地质带环太平洋火山地震带，又称火环，是世界上地质活动最集中的区域这个环形带长约4万公里，环绕整个太平洋盆地，集中了全球90%的地震和81%的大地震90%75%40000全球地震分布活火山分布火环总长度太平洋火环地区发生的地震比例世界活火山在此区域的集中度环太平洋火山地震带长度（公里）其他重要地质活动带地中海-喜马拉雅地震带从地中海经土耳其、伊朗到喜马拉雅山脉的构造活跃带大西洋中脊系统贯穿大西洋的海底扩张中心，伴随频繁的海底火山活动东非大裂谷系统大陆板块拉张形成的裂谷带，是研究板块分离的天然实验室火山与地震的未来研究方向社区韧性建设与国际合作灾害风险评估与智能预警加强社区层面的防灾减灾能力建设，推进国高精度监测技术发展发展更精确的数值模拟模型，结合历史数据际间的科学数据共享和技术合作建立全球利用人工智能和大数据技术分析多源地球物和实时监测信息，构建智能化的多灾种预警性的灾害应急响应机制，提升人类整体应对理数据，提高监测精度和预警准确性卫星系统机器学习算法将大幅提升预警的时效自然灾害的能力遥感、地面传感器网络和海底观测系统将形性和可靠性成立体监测网络随着科学技术的不断进步，人类对火山和地震现象的认识将更加深入，预测和防范能力也将显著提升未来的研究将更加注重多学科交叉融合，为构建更安全的人居环境提供科学支撑课堂互动模拟火山喷发实验通过实验直观展示不同类型火山喷发的特点，加深学生对火山作用机制的理解实验材料准备实验操作步骤小苏打（碳酸氢钠）用黏土围绕塑料瓶制作火山锥模型•

1.•白醋（醋酸）

2.在瓶中加入2勺小苏打和几滴红色色素洗洁精•加入少量洗洁精增加泡沫效果食用色素（红色）

3.•快速倒入白醋观察喷发现象塑料瓶和漏斗

4.•改变醋的用量模拟不同强度的喷发黏土或沙土（制作火山模型）

5.•实验讨论要点对比高粘度岩浆（添加更多洗洁精）和低粘度岩浆的喷发效果差异高粘度岩浆喷发更加剧烈但持续时间短，低粘度岩浆则流动性更强，能够形成更长的熔岩流这帮助学生理解为什么不同类型的火山具有不同的喷发特征和危害程度课堂互动地震波传播模拟利用简单器材模拟地震波的传播过程，帮助学生理解不同类型地震波的特点P波演示实验S波演示实验体验震动感受使用弹簧玩具（如彩虹圈）演示纵波传播一使用长绳子演示横波传播一端固定，另一端做垂让学生站成一排，模拟地震波通过地面的传播第端压缩弹簧后释放，观察压缩波如何沿弹簧传播直摆动，观察波浪如何沿绳子传播这模拟了S波一个学生开始轻微震动，依次传递给下一个学生，学生可以看到波的压缩-拉伸运动模式使地面产生左右摇摆的效果感受波的概念观察要点压缩波传播速度快，振动方向与传播方观察要点横波传播较慢，振动方向垂直于传播方学习目标理解波动的时间差和不同类型震动的感向相同向受安全提示实验过程中注意安全，避免过于剧烈的动作重点是让学生理解概念，而不是完全模拟真实地震的破坏力总结与展望知识回顾与要点总结科学防灾的重要性通过本次课程的学习，我们深入了解了火山与科学理解是防灾减灾的基础只有深入理解火地震这两大重要地质现象火山是地球内部岩山和地震的成因机制，才能制定有效的应对策浆活动的表现，地震则是地壳应力释放的结略果它们都是地球动态系统的重要组成部分技术创新不断提升我们的监测预警能力，为保火山喷发和地震活动虽然会带来灾害，但同时障人类生命财产安全提供有力支撑也塑造了地球表面的地形地貌，为生命演化提国际合作让全人类共同面对自然灾害的挑战，供了舞台人类通过科学研究逐渐认识这些自分享科学数据和防灾经验然现象的规律，发展出相应的监测预警技术给未来地质守护者的寄语地球是我们共同的家园，理解和保护它是每一代人的责任希望同学们能够保持对地球科学的浓厚兴趣，运用科学知识服务社会，成为守护地球家园的新一代科学家让我们携手努力，用科学的力量为人类创造更安全、更美好的未来！。