科学的普及，使我们逐步认识了火山爆发。历史上最著名的火山爆发是公元79年古罗马时期的维苏威火山爆发，摧毁了地中海边拥有2万多人口的庞贝城等几个繁华海滨城市。但因未引发强烈的自然灾害和环境破坏，地球上孕育的另一类火山-泥火山并未引起人类更多的关注。近几十年来，随着全球化石能源资源的日益减少，气候环境日趋恶化，天然气水合物引起了各国的广泛关注，而海底泥火山就是可燃冰的一个主要赋存场所。

泥火山与火山的异同

泥火山（Mud volcano），顾名思义是由泥构成的火山，确切地说是由粘土、粉砂质泥和泥质粉砂构成，它不是通常意义上的火山（Volcano），具有不同的形成方式。

我们通常所说的火山由地幔内部的高温物质上升到地球浅部发生熔融形成岩浆，沿着断层或薄弱的地方冲破地壳，喷出地面堆积形成巨大的火山山脉。溢出地表的岩浆，就像刚刚出炉的钢水，火红而炽热，岩浆的温度一般在900-1200℃之间，最高可达1300℃（图1）。

图1 火山爆发喷出的高温岩浆

而泥火山则是由地壳内的高温泥浆与气体同时喷出地面后，外型多为圆锥状小丘或者是盆穴状（图2），丘的尖端部常有凹陷，并由此间断地喷出泥浆与气体，温度可达110℃，在马里亚纳海沟的深海泥火山最高超过400℃。泥火山形状像火山，规模也可比，多数直径小于1000米，高度小于几十米。

图2 泥火山喷发

泥火山的分布

目前全球在陆地已发现了40多处，海洋发现了20多处，陆地和浅海共计约2000多个泥火山，随着近年来世界各国深海调查的持续开展，预计这一数字还将大幅增加。据估计，在大陆斜坡和深海海底泥火山总数在5000到10000个。我国陆地和海底已发行有11处200多个泥火山。

陆地上比较著名的泥火山有美国的黄石公园、新西兰罗托鲁瓦地狱之门地热公园，每年不仅吸引了大量的游客观光旅游，独特的泥浆浴和硫磺温泉也是沐浴疗养的胜地。

我国除了新疆克拉玛依，在台湾的高雄和恒春一带也有活动的泥火山，那里的泥火山不仅有典型的地貌形态，还有喷火的自然景观（图3）。

图3 台湾恒春地下喷出的天然气可点燃

沿太平洋的西部陆缘，从北部的鄂霍次克海，经日本、台湾、马里亚纳、美拉尼西亚、萨摩亚和澳大利亚，到南部的新西兰，分布了一个泥火山条带，约有150多座泥火山，而这条带的海上泥火山数量会更高。太平洋东缘部从阿留申海沟、阿拉斯加、不列颠哥伦比亚、加利福尼亚州、哥斯达黎加、厄瓜多尔到秘鲁，泥火山的密度明显要低一些。环大西洋的陆域和海洋，也发现了数以百计的泥火山，特别是在巴伦支海和北海海域。

可燃冰形成的温度和压力条件

我们都知道可燃冰是一种甲烷气体与水在低温高压条件下形成的固体，也就是说可燃冰形成的环境中温度和压力共同决定了可燃冰是否可以存在，只要满足一定的温度和压力组合条件都可以形成可燃冰，压力越大，可燃冰形成要求的温度就可以越高，这就是我们所说的可燃冰形成的温压场条件。

我们人类生活的地球，一般海拔高度地区的大气压力为0.1MPa(1个大气压)，在这种情况下，可燃冰形成的温度条件要求低于-75℃，所以在陆地发现的可燃冰都位于永冻土区。

而在深海区域，压力条件发生了变化，水深每增加10米,压力增加0.1MPa(1个大气压)。由于有上覆海水的巨大压力，可燃冰形成的温度可以远高于陆地。根据可燃冰形成的实验模拟结果，在约3MPa压力下，可燃冰在高于0℃的温度下可以稳定形成，1000米水深条件下（压力为100个大气压），可燃冰形成的温度极限为15℃，就是说只有充足的甲烷气体，温度低于15℃的地层内，都可以形成可燃冰。

地球是一个内部温度分布不均匀的星球，一般埋藏越深，温度越高，以每百米垂直向下增加的摄氏度数表示，称之为地温梯度。不同区域地温梯度值不同，通常为1-4℃/百米，就是说地下深度每增加100米，温度会逐渐升高1-4℃。

海水深度为1000米的海底，温度通常为4℃左右，考虑海底以下200米增温8℃（按地温梯度4℃/百米），地层的温度就在12℃左右，这完全可以满足可燃冰形成的温压条件，而且一般仅在海底以下0-300米的地层中形成。若要在超过300米的地层中形成可燃冰，需要更大的海水深度，但通常埋深也不会超过500米。

目前海域实际发现的可燃冰层一般在海底以下200米左右，海水深度大于500米，实测的可燃冰层温度为14℃左右。这就证实了可燃冰形成的温压场理论，我们也就可以理解为什么在深海海底可以形成可燃冰的温度远高于常压条件下的温度。

为什么深海高温泥火山中可以形成可燃冰

如前所述，泥火山喷发的泥浆温度很高，如2006年印尼东爪哇泥火山喷发的泥浆温度超过100℃。但泥火山喷发会有一个喷口，地下的气体裹挟着泥浆，从喷口涌出（图4），这一点与火山喷发是相同，在泥火山喷口涌出的泥浆会有超高的温度。有趣的是，从泥火山喷口向四周扩展，地层温度都会快速降低，逐渐趋于正常的海底温度，但依然会有远超正常地温梯度的高热背景。

图4挪威巴伦支海海底泥火山地貌多波束影像

尽管如此，如果考虑到可燃冰形成的温压场条件，在离开泥火山喷口的周边翼部，海底温度降低到正常温度的情况下，如4℃，即使通常地温梯度仍可高达20℃/百米，但在海底以下0-50米的地层温度依然可以低于14℃，满足可燃冰形成的温压条件。这就是为什么全球在许多海域水深大于1000米的高温泥火山活跃区发现了许多可燃冰（图5）。

图5 鄂霍次克海泥火山中发现的可燃冰

改变思维认识可燃冰

传统理论认为可燃冰形成于低热背景下，海底埋深在200米左右的地层中，高热背景不利于可燃冰的形成。但如果我们进一步认识到高热背景更有利于甲烷气体的生成，同时泥火山喷发裹挟出了大量的甲烷气，只有满足可燃冰形成的温压条件，是可以在高热背景的海洋发现更多的可燃冰。

通过以上分析，可以发现，大自然有许多神奇的现象，如果我们转变思考问题的角度，就可能突破固有认识的束缚，发现一片新的世界。