火山是怎么形成的原因(谁是中国火山之王？)

Posted 2023-06-01

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火山是怎么形成的原因(谁是中国火山之王？)

2022年1月15日

南太平洋岛国汤加

一场毫无征兆的火山喷发

震惊了世界

这是全球近三十年来

威力最大的火山喷发

（汤加火山喷发的卫星影像，长白山未来可能会发生不亚于此的大爆发，图源@NASA）

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震撼之余

人们也开始思考

我们身边是否还有类似的危险分子

答案是肯定的

公元946年秋

中国东北大地之上

一声巨响声震寰宇

一个烟柱直冲苍天

沉睡已久的超级火山突然觉醒

长白山

爆发了

（远眺如今的长白山，摄影师@朴龙国）

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这是长白山有史料记载以来

最猛烈的火山喷发

也是中国近万年来规模最大的火山喷发

及全球两千年来规模最大的火山喷发之一

巨大的力量

让山顶变得支离破碎

（请横屏观看，长白山航拍图，图片来源@视觉中国）

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火山灰漂洋过海

数日之后

如雪花般散落在日本

人们在惊异之余

也将此怪象载入史册

（下文出自日本史料《兴福寺年代记》，因风向、政权分立等原因，中国史料未见文字记载）

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“十月七日夜，白灰散如雪”

（请横屏观看，长白山946年喷发火山灰影响范围示意，这次喷发也被学界称作“千年大喷发”，制图@陈志浩/星球研究所）

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但是

这样的喷发在长白山的历史上

并不鲜见

长白山究竟是怎样一座火山？

危险的火山喷发

又对我们意味着什么？

让我们首先聚焦地下深处

寻找答案

火山之王

6500万年以来

太平洋板块俯冲至亚欧大陆之下

并在地下约600公里处停滞

释放出大量水分

水分降低周围岩石的熔点

促使岩石熔融

产生大量岩浆

（请横屏观看，板块俯冲作用及长白山岩浆起源示意，制图@王申雯/星球研究所）

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随后

高温的岩浆开始上浮

聚集在地下不同的深度

形成一个个囊状空间

是为岩浆房

（岩浆运动和岩浆房形成示意图，制图@杨宁/星球研究所）

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在最近的几千万年里

这个庞大的岩浆系统十分活跃

在中国东北到处喷发

引发此起彼伏的火山活动

约500万年前

新一轮岩浆喷发

出现在今日的吉林省东南部

长白山的成长

自此开始

（长白山及东北新生代火山区分布示意，新生代是6600万年前至今的地质年代，制图@陈志浩/星球研究所）

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在随后的成长历程中

由于岩浆的特性不断变化

长白山的面貌

也发生了极大的改变

在长白山诞生之初

岩浆直接源自地幔深处

温度高、粘度低、流动性好

喷出地表后四处溢流

甚至能像河流一样蜿蜒

（2021年冰岛格尔丁戈火山喷发时的熔岩喷泉和熔岩流，是典型的低粘度岩浆喷发的场景，仅作参考，图片来源@视觉中国）

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经过长期喷发后

熔岩在广大的面积里流淌、堆叠

一个大致以长白山为中心

半径约60千米

面积约12000平方千米的

熔岩台地就此形成

（长白山地区熔岩台地范围示意；图中为当下而非刚形成时的地形，仅作范围示意，制图@陈志浩/星球研究所）

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它是长白山的雏形

时至今日

其上早已绿树成荫

但是我们仍可以

在少数深邃的河谷里

窥见古代熔岩台地的独特风景

（望天鹅十五道沟的玄武岩柱状节理，是古代熔岩台地上形成的地质构造，摄影师@崔瀚予）

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随着时间流逝

微妙的改变

在地下深处出现了

岩浆房周围的岩石

逐渐被高温岩浆熔化

导致一些新的化学成分加入岩浆

而伴随着岩浆缓缓冷却

一部分高熔点矿物也率先结晶析出

沉淀到岩浆房底部

这些变化

最终导致岩浆变得

粘稠

（岩浆房中岩浆演变示意，实际情况中这些过程往往同步发生，并无明确的先后顺序，制图@王申雯/星球研究所）

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粘稠的岩浆

在早已成型的熔岩台地上

以更剧烈的方式喷出

产生大量的火山灰、火山弹等

火山碎屑物

(2022年2月意大利西西里岛埃特纳火山的斯通波利安式喷发，仅作参考，落在火山口周围的物质统称为火山碎屑，图源@视觉中国）

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熔岩和火山碎屑

堆积在喷口附近

逐渐形成锥状的山体

分别在距今约300万年和200万年前

先后开始形成长白山火山的两位邻居

望天鹅火山和炮台山火山

（长白山火山群主火山分布，望天鹅火山位于中国境内，炮台山火山位于朝鲜境内，长白山则为两国共有，制图@陈志浩/星球研究所）

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随后

约100万年前

主喷口继续转移

长白山的锥体

开始真正浮现在历史的长河里

（长白山火山锥形成示意，制图@王申雯/星球研究所）

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约5万年前

长白山的高大火山锥大体形成

此时的它

应是更似富士山的锥形火山

其山顶海拔超过3000米

相对高度至少2500米

放至今日足以傲视中国所有火山

及众多传统名山

（日本富士山具有典型的锥状外形，图片来源@视觉中国）

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但这番景象维持得并不长久

约五百万年的时光过去

长白山地下的岩浆已变得

极度粘稠

粘稠的岩浆不断上涌

往往还未来得及喷发

顶部便已率先冷却

就像一个瓶塞堵住了火山口下方的通道

于是

岩浆中的气体无处散溢

积聚在地下

把长白山变成

“超级高压锅”

终于有一天

“高压锅”的压力突破极限

超级喷发开始了

（2015年智利卡尔布科火山喷发，火山灰冲上20km高空，属于普林尼式喷发，仅作示意，长白山历史上的超级喷发规模远比它更大，图源@视觉中国）

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气体裹挟着岩浆冲向蓝天

岩浆变成细小液滴

冷却成细腻的火山灰

并与其他高温碎屑、气体

构成火山喷发柱

直冲数万米的高空

持续数小时或数日

直到地下气体完全释放

火山喷发柱后继无力时

巨量的碎屑从高空落回地表

堆积在火山口四周

转变为疏松多孔的浮岩

（长白山天池北侧天文峰，灰黄色的山体是古代超级喷发后堆积的浮岩，其中混杂着黑色的熔岩碎块，摄影师@邱会宁）

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更多的火山灰

则顺山势倾泻而下

化作灼热的洪流

像雪崩一样冲向四方

是为火山碎屑流

（印尼的锡纳朋火山喷发时，注意右下方沿山沟涌下的火山碎屑流，仅作示意，长白山946年喷发的火山碎屑流规模要大得多，图片来源@视觉中国）

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万物皆被

吞噬、掩埋

如今我们仍能从长白山的部分河谷中

看到火山碎屑构成的厚厚岩层

（长白山锦江峡谷两侧的古代火山碎屑地层，摄影师@翟东润）

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大片森林被掩埋后

在数百度高温的火山灰里焖烧

形成炭化木

（长白山南坡炭化木遗址，摄影师@朴龙国）

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如此规模的超级喷发

在长白山最近几万年里的历史里

并非只有一次

而是反复出现

超级喷发逐渐耗尽了

岩浆房上部的物质

山体巨大的重量失去支撑

火山口周围的岩石逐渐塌陷

慢慢形成巨大的破火山口

蓄水成湖

天池诞生了

（火山口湖形成示意，长白山天池即是火山口湖，制图@王申雯/星球研究所）

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公元946年的“千年大喷发”

正是长白山最近的一次超级喷发

其火山喷发柱高达约25千米

火山碎屑流席卷四周

最远到达50千米以外

波及近2430平方千米的地域

而天池水倾泻出来的洪水

则影响到更远的地方

（长白山火山碎屑流灾害范围示意，制图@陈志浩/星球研究所）

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在随后的几个世纪里

长白山又继续发生了几次小喷发

才最终暂时平静下来

曾经超过3000米的锥形山顶消失

化作2700米左右的16座山峰

与一池深邃的湖水

共同组成了

我们今日看到的长白山

（长白山十六峰示意图，图中十六峰名称为清朝刘建封于1908年命名；目前部分山峰名称有所变化，如华盖峰已被称为天文峰，制图@陈志浩/星球研究所）

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超级喷发

使长白山成为中国的“火山之王”

约2700米的高度

也使长白山成为中国东北第一高山

但是

极致的危险之外

暂时平静下来的长白山

凭借着雄伟的身姿

还要展现给世人

更多的美丽

东北水塔

在现代长白山

火的力量暂时偃旗息鼓

舞台上真正的主角是

水

长白山身处近海之地

深受太平洋水汽的影响

而2700多米的高度

让水汽得以在爬升中冷凝

化身云雾萦绕山间

（请横屏观看，长白山的山顶云雾，摄影师@卓永生）

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这里的年平均降水量约为1000毫米

山顶更是可高达1300毫米

相比于许多江南地区也毫不逊色

是东北降水最丰富的地区之一

（吉林省年降水量分布示意，制图@张威/星球研究所）

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加之长白山地处北纬42度

冬季漫长而且严寒

在高海拔低温的加成下

水汽能够快速冻结成小冰晶

于是长白之雪细小如粉末

积雪蓬松、干燥且厚重

（长白山望天鹅风景区的积雪，图片来源@视觉中国）

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山顶的积雪

可以从每年10月存续到来年6月

达9个月之久

“长白“一名

或许便来源于此

（银装素裹的长白山，摄影师@朴龙国）

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而在山下的河流湖泊中

水面无法冻结的地方

也提供着源源不断的水汽

一旦遇到冰冷的树枝

它们便凝结其上

形成雾凇

为长白山平添几分魔幻色彩

（长白山魔界风景区的雾凇，摄影师@王智超）

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丰富的降水

令天池湖水充盈

逐渐形成

南北长约4400米、东西宽约3370米

平均深度204米、最深处达373米

储水总量约20亿吨的巨大湖泊

是为中国最大的火山口湖

以及中国最深的湖泊

（天池与中国部分著名湖泊水体特征对比，制图@王申雯/星球研究所）

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在天池的北侧

湖水从唯一的缺口流出

形成乘槎[chá]河

（长白山天池出水口景观，图片来源@视觉中国）

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但乘槎河十分短小

仅流出1250米便遇到断崖

跌落成落差68米的

长白瀑布

（长白山瀑布秋季景观，摄影师@刘兆明）

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即使在隆冬时节

天池全湖冰封

但乘槎河水依旧流淌

令长白瀑布也继续澎湃

（冬季的长白瀑布也会继续流淌，摄影师@任琳）

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瀑布之下

流水游荡于山谷之间

顺山势蜿蜒而下

松花江的源头二道白河

就此形成

（二道白河峡谷，摄影师@付明泽）

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它是松花江的源头

除此以外

长白山充沛的降水

还在南坡和东坡

分别孕育了

汇入日本海的图们江

和汇入黄海的鸭绿江

（长白山地区流域示意，仅标出了鸭绿江流域、图们江流域以及包含松花江的黑龙江流域，制图@张威/星球研究所）

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于是

诞生于火海的长白山

凭借着自身高度和近海的有利位置

成为东北的“三江源”

是名副其实的东北水塔

众多干流和支流交织成密布水网

覆盖千里之域的同时也形成了

大大小小的湿地

形形色色的湖泊

（长白山绿渊潭，摄影师@王智超）

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流水也渗入地下

经过火山岩层的过滤而变得纯净

并从火山岩里溶解出

丰富的硅、钙、钠、镁等矿物质元素

形成优质的偏硅酸矿泉水

（长白山冰水泉，摄影师@邵梓轩）

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丰富的水资源

让这座火山显得柔和起来

更滋养了生灵万物

续写着长白山的传奇

万千生灵

最近五万年来

长白山周围的生灵

曾饱经火山喷发磨难

万幸的是

“千年大喷发”之后

大规模的火山喷发不再

被岩浆毁灭的大地

逐渐恢复生机

（长白山北坡的古代熔岩流，形成于至少5千年前，盘山路在它的映衬下显得十分纤细，摄影师@线云强）

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高温的火山灰冷却以后

其疏松多孔的质地

非常利于植物根系的生长

微风和飞鸟带来树木的种子

高大树木便在火山灰中扎根、生长

无需地衣和苔藓等拓荒植被的参与

便可快速重建生态

（西班牙拉帕玛火山，在古代喷发产生的火山灰上，森林快速复苏，这一现象仅出现在火山灰广泛覆盖的地方，对于熔岩冷却形成的岩石山体，仍需要地衣和苔藓首先把岩石改造成土壤，仅作参考，图源@视觉中国）

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流水则溶解出火山灰里丰富的

钾、钙、镁等营养元素

供植物吸收生长

于是在火山灰覆盖的荒芜之地

树木逐渐茁壮茂盛

（长白山西坡锦江大峡谷两侧，暴露出古代超级喷发时堆积的火山灰地层，森林在火山灰上茁壮生长，摄影师@邵梓轩）

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第一批树木站稳脚跟后

枯枝落叶加速对火山灰的改造

冬季严寒的气候

让微生物难以将其分解完全

于是积累大量腐殖质

它们与火山灰结合

发生复杂的物理、化学作用

一方面加快火山灰分解

促使各种元素释放出来

另一方面不断改变火山灰的质地

形成更加疏松透气透水的土壤

随后

森林如绿色的浪潮

再次蔓延开来

“长白林海”重现于世

（长白山北坡地下森林，生长在被火山灰摧残过的山谷里，摄影师@乔力）

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长白山

终从寥寥寂静走向勃勃生机

不同的植物群落

在不同海拔形成了四个植被带

（远眺长白山，可看出森林随海拔变高而发生的树种变化，直到最后消失，摄影师@陆雨春）

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海拔1100米以下

红松、沙松、白桦等广布于此

构成了针阔叶混交林带

深秋时节五色斑斓

正是一年最美时

（针阔叶混交林，摄影师@邵梓轩）

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海拔1100-1800米处

气温有所下降

云杉、冷杉、鱼鳞松等是这里的主宰

构成暗针叶林带

松杉直立、苔藓遍地

（暗针叶林，摄影师@朴龙国）

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海拔1800-2100米处

则是岳桦林带

这里愈发寒冷

并时有大风来袭

年平均风速6-8m/s

8级以上大风日数可达200天以上

强劲的西风让树木弯曲

宛若森林舞者

摇曳身姿、灵动优雅

（岳桦林，长白山上的岳桦林是中国境内分布最广的，摄影师@李星志）

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海拔2100米以上

是长白山最寒冷的地带

此处风力亦是最强

如2400米以上的山顶区域

8级以上大风日数可达280天以上

矮小灌木和苔藓地衣成为了主要的植被类型

是为高山冻原带

夏季来临万花盛开

天池湖畔更是光彩夺目

（请横屏观看，天池与冻原上的鲜花，摄影师@宋延文）

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而被群山合围的长白山

也让众多特有种、珍稀物种

在此孕育

（长白松，又名美人松，原为国家一级保护野生植物，后因保护得当、数量恢复快，2021年9月调整为二级，摄影师@邵梓轩）

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繁茂的植被也吸引着动物们到来

广阔的横纵空间

则提供了多样化的栖息之地

于是常有珍禽停驻树梢

（花尾榛鸡，摄影师@朴龙国）

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也有异兽漫步林间

（梅花鹿，拍摄于长白山，摄影师@高鹏飞）

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许多动物

选择在温暖时节活动

避开了严酷的漫长冬季

（中华秋沙鸭，摄影师@冯江）

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但漫漫严寒

也让长白山的生灵们

演化出各种御寒的本事

如厚厚的脂肪

又如温暖的皮毛

（东北虎，拍摄于横道河子东北虎林园，仅示意；野生东北虎曾经广泛分布于长白山，如今仅分布于长白山支脉的老爷岭区域，是我国野生东北虎现存的唯一栖息地，在这里建立了东北虎豹国家公园，摄影师@李禄）

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海拔越高、气候越寒冷的地方

此等特征越是明显

肥嘟嘟、毛茸茸的样子让人顿觉温暖

如暗针叶林带的紫貂

（紫貂，摄影师@孙晓宏）

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又如岳桦林带和高山冻原带中的

高山鼠兔

（高山鼠兔，摄影师@王智超）

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丰富多样的动物

让长白山的生态更显活跃

据不完全统计

长白山保护开发区有野生植物2277种

包括高等植物1727种

占东北地区的70%以上

野生动物1225种

包括脊椎动物370种

约占吉林省的70%

其中不乏难以得见的珍稀物种

（长白山保护开发区部分珍稀动物示意，拍摄于长白山动物有梅花鹿、紫貂、中华秋沙鸭、黑熊、棕熊、水獭、马鹿、松雀鹰、苍鹰，其余为示意，制图@罗梓涵/星球研究所，摄影师@李禄、朴龙国、程斌、冯江、刘璐、星智-自然影像中国、奚志农-野性中国、谢振清、商睿、徐永春）

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就这样

重归平静的长白山

再次绽放出勃勃生机

但是

长白山并不会永远平静

极致危险与极致美丽

将永远相伴相生

圣山未来

丰富的自然资源

让以长白山为主峰的长白山脉

成为东北人民自古以来

生活繁衍的宝地

（丸都山城下墓葬群，丸都山城是高句丽时代最为典型的早、中期山城之一，地处吉林省通化市集安市，位于长白山脉中的丸都山，摄影师@孙洪国）

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清代满族

更视长白山脉为“龙脉”

让其地位在清代空前绝后

而清朝统治者对长白山采取了封禁政策

也使长白山在很长的历史时期里

保持了相对原始的自然风貌

新中国成立之初

为了建设一个百废待兴的国度

包括长白山林海在列的东北林地

曾遭受不同程度的砍伐

但很快

人们意识到保护长白山独特生态的意义

于1960年建立了长白山保护区

为今天的我们

保留下一个相对原生态的长白山

（长白山与白头山生物圈保护区，长白山与白头山保护区分别于1979年和1989年被批准加入联合国教科文组织所构建的世界生物圈保护区网络，制图@张威/星球研究所）

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持之以恒的守护

换来的是长白山不类他山的独特风光

大量游客为此吸引

纷至沓来

人们来此

感受天池花园的美丽

（天池与湖畔花朵，摄影师@常建儒）

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感受火山蕴藏的炽热

（长白山北坡聚龙温泉与游客，摄影师@胡英飚）

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感受原始森林的神秘

（请横屏观看，秋季的长白山森林，摄影师@付明泽）

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也会在冬季

直面严寒的挑战

拥抱这一山最极致的白雪

感受长白山的狂野

（请横屏观看，长白山冬季景象，摄影师@任琳）

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长白山的美景让人流连忘返

但是美丽的外表下

依然隐藏着危险

为了监测长白山的未来喷发风险

人们在1999年

建立了长白山火山监测站

并不断完善监测设备和力量

让科学家们得以倾听长白山深处的“脉搏”

预判喷发的到来

制订应对喷发的防灾减灾策略

（长白山监测台网示意，制图@张威/星球研究所）

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在随后的2002-2005年

科学家们发现

长白山的微地震日渐频繁

火山气体释放增多

山体发生微弱变形

就连泉水温度也有所升高

这些都是地下岩浆重新活动的征兆

（长白山北坡聚龙温泉，长白山的监测者会定期检测泉水温度，摄影师@张扬）

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虽然此后长白山最终又归于平静

但我们无法就此放松

因为我们无法预知

未来它会在哪一天

再度展现地球深处的原始力量

（初冬的长白山景象，摄影师@仁甲看见）

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我们只有加强对长白山的研究和监测

有了科学的守护

才能少一分面对未知的不安恐惧

多一分直面灾害的镇定自若

并将火山喷发造成的损失降到最低

（2021年10月30日，西班牙拉帕玛火山喷发后，被火山灰掩埋的房屋和村庄，仅作示意，图片来源@视觉中国）

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长白山

这个中国最高大的活火山

这个哺育无数生灵的东北水塔

这个风景万千的极致山地

它是让人如此喜爱

却又让人如此恐惧

因为

极致危险创造了极致美丽

也可能随时会将美丽

付之一炬

但这或许就是

大自然

（请横屏观看，远眺长白山，摄影师@卓永生）

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本文创作团队

撰文：山月楼编辑：云舞空城、所长

图片：潘晨霞地图：陈志浩、张威

设计：王申雯、罗梓涵、杨宁

审校：云舞空城、左口、河边的卡西莫多、陈静怡

头图、封面摄影师：仁甲看见

特别鸣谢

长白山摄影家协会

本文主要参考文献

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[11] 王凤丽主编. 国家生态保护丛书国家自然保护区卷上. 北京联合出版公司, 2015.12.

[12] 李立宪撰文摄影；吉林省白山市长白山文化研究会主编. 解说长白山. 北京：中国画报出版社, 2005.07.

[13] 赵大昌编著. 长白山植物图谱. 沈阳：沈阳出版社, 2007.11.

[14] 高玮，盛连喜主编. 中国长白山动物中英文本. 延吉：延边人民出版社；北京：北京科学技术出版社, 2002.12.

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[16] 刘嘉麒著. 中国火山. 北京：科学出版社, 1999.03.

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星球研究所

以地理的视角，探索极致世界

···THE END···