圣海倫斯火山（英文名：St. Helens），名稱來自英國外交官圣海倫勛爵，位于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，平均海拔約2549米，是一座圓錐形層狀大型活火山。
圣海倫斯火山位于太平洋東部哥倫比亞弧喀斯喀特火山鏈，胡安德富卡板塊（古太平洋板塊組成部分）向東俯沖到北美板塊之下。該火山地處小型拉張盆地之中，距該俯沖帶約270千米，其下大洋板片俯沖深度約90千米。復合式火山錐形成于4-5萬年前。整體上火山噴發與演化過程可以分為古代階段和現代階段，古代階段，主要噴出英安巖、安山巖，現代階段則以玄武巖、安山巖和英安巖為主。火山的噴發類型以爆炸式噴發和普林尼式噴發為主，對應的火山災害以火山灰和火山碎屑流最為明顯。1792年，英國皇家海軍指揮官喬治·溫哥華在太平洋北部首次發現圣海倫斯火山。1805年末至1806年初，劉易斯和克拉克探險隊（Lewis and Clark Expedition）從哥倫比亞河遠眺圣海倫斯火山，但未發現噴發跡象。
圣海倫斯火山噴發序列十分豐富，一萬年以來共有40余次確認的噴發記錄，火山爆發指數（VEI）最大為5。1980年3月，圣海倫斯火山口便開始冒出蒸汽。當時，政府關閉了附近向公眾開放的國家森林。同年5月18日上午，火山開始噴發，除了從火山口噴射出蒸汽和塵土外，山頂也被整整削去了約396米。火山的一個側面由風化的巖石構成，由于噴發導致巖石松動，最終形成大規模塌方并產生致命的粉末狀巖石云，致使57人喪命，其中絕大多數人死于窒息。經過短暫的18年休眠，2004年10月11日，圣海倫斯火山爆發后繼續噴涌，并持續到2008年。
火山命名
山的名稱來自英國外交官圣海倫勛爵，他是18世紀對此地進行勘測的探險家喬治·溫哥華的朋友。圣海倫斯火山是包含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。
位置境域
圣海倫斯火山位于美國太平洋西北區華盛頓州的斯卡梅尼亞縣，北緯46.11°，西經122.11°，西雅圖以南154千米，波特蘭東北85千米處，是喀斯喀特山脈的一部分。
歷史成因
形成歷史
圣海倫斯火山作為卡斯克德山脈（也稱喀斯喀特山脈）的一部分，與安第斯山脈等其他火山山脈的形成機制相似，均源于大洋地殼板塊俯沖至相對較輕的大陸地殼深處。這一過程中，俯沖的板塊會釋放出水流向上滲透，進而降低巖石的熔點，促使巖漿的形成，為上方的火山活動提供“燃料”。圣海倫斯火山具體位于北美喀斯喀特火山鏈上，是一座形成于4至5萬年前的圓錐形復合式火山，自1857年以來一直處于休眠狀態。
活動歷史
圣海倫斯火山在全新世共有44次噴發活動，其中VEI大于3噴發活動共有10次。
猿猴峽谷時期和美洲獅時期
圣海倫斯火山噴發序列十分豐富，一萬年以來共有40余次確認的噴發記錄，火山爆發指數（VEI）最大為5。圣海倫斯火山早期爆發的時期是距今27.5萬~3.5萬年前的“猿猴峽谷時期”，然后是距今2.8萬~1.8萬年前的“美洲獅時期”和距今1.6萬~1.28萬年前的“雨燕科溪時期”。現代時期被稱作“靈湖時期”，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。祖先時期與現代時期的主要區別在于噴發巖漿的構成成分。祖先時期的巖漿巖主要為英安巖和安山巖，而現代時期形成的巖漿巖更多樣，包含橄欖巖、玄武巖、英安巖和安山巖等。
圣海倫斯火山在距今37600年前的更新世，即猿猴峽谷時期開始成長，并噴發出英安巖和安山石的浮巖和火山灰。36000年前，一次大規模的火山泥石流沿火山瀉落，而泥石流在圣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，并在距今14000到18000年前的冰川時期被冰川搬運移動。
第二個爆發期即美洲獅時期于距今約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巖穹頂的增長都在這一時期發生。之后又出現了5000年的平靜期，直到雨燕科溪爆發期開始，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浮巖，覆蓋了幾千平方公里的土地。通過火山灰層體積判斷，公元前1900年發生的火山爆發是圣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公里外現今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。噴發在整個范圍內的物質體積總計可能有10立方公里之多。接下來火山又沉靜了約400年。
公元前1200左右火山再度蘇醒，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征。無數粘稠熾熱的巖漿沿山而下，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公里長的一段。
城堡溪和糖碗爆發期
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，于公元前400年開始，特征是火山巖漿組成成分的變化，即新出現的橄欖石和玄武巖。1980年前的火山頂就是在這個時期開始形成的。在之前常見的碎屑巖石之外，這一時期的顯著特征是大量的巖漿流。大量的安山石和玄武巖巖漿覆蓋了山的一部分，公元100年的一次巖漿流一直流到了路易斯和卡拉瑪河谷。其他成分，比如因其巖漿管（lava tube）系統而得名的山洞玄武巖，從其噴發口一直流到15公里之外。在公元1世紀里，火山灰流沿了北側之河川和卡拉瑪河谷移動了50公里遠，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，且于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。巖漿首先安靜從火山流出并形成了一個穹頂，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
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，大量的灰白色英安巖浮巖和火山灰開始噴發，標志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公里處堆積了1米厚；在80公里外也有5厘米厚。大量的火山碎屑流和火山泥石流接著順山南坡而下，沖進卡拉瑪河。
這一為期150年的爆發期中，巖漿中的硅土成分有所減少，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。成塊的安山石巖漿從火山口沿山東省南側而下。后來，火山碎屑流蓋過安山石巖漿，流入卡拉瑪河河谷。最終英安巖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，以礫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，圣海倫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年里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，這也是第一個對圣海倫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，山羊石爆發期開始于英安巖火山灰爆發，隨之而來的是安山石巖漿，最后在英安巖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余次小規模爆發，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
約公元前1860年的噴發是圣海倫斯火山全新世期間最大的一次噴發，此次噴發持續到公元前1610年，在80公里遠處的雷尼爾國家公園沉積了46厘米厚的火山灰，火山噴發物體積約為10立方千米。城堡溪爆發期，大約在公元前400年開始，此時火山巖漿的成分發生了變化，開始出現了橄欖石和玄武巖。1980年以前的火山頂就是在這個時期開始形成的。除了常見的碎屑巖石之外，這一時期的顯著特征就是大量的巖漿流。大量的安山石和玄武巖巖漿覆蓋了山的一部分，公元100年就曾爆發過一場巖漿流，那時巖漿流一直流到了路易斯和卡拉瑪河谷。在公元1世紀，火山灰流在北側的河川和卡拉瑪河谷移動了50千米遠，甚至可能到達了哥倫比亞河。接下來的400年則是火山的平靜期。
隨后幾千年來經歷了多次噴發，噴發間隔為數百年甚至更短，休眠期呈逐漸縮短趨勢，直至1857年火山活動期結束，形成了現今的火山熔巖穹丘。經過123年休眠后，1980年3月，圣海倫斯火山開始蘇醒，地震、噴氣、顫動、變形等噴發前兆現象連續發生，火山口北側向外擴張了80多米。同年5月18日，美國迎來了歷史上破壞性最大的一次火山爆發（VEI=5），先是火山北坡發生5.1級地震，大約7-20秒后，引發了山體滑坡，滑落山體部分以每小時175-250公里的速度滑下。山體滑坡減少了巖漿系統的上覆重力，促進了火山的爆發。噴發產生的火山灰柱到達了海拔20-25千米的高空。短短幾個小時之內，火山爆發就將山頭削去了近300米，留下了一個馬蹄形的火山口（向北開放），崩塌造成的2.5立方千米巖屑直接沖入下面的山谷，并導致57人喪生，超200座住宅以及約300公里公路遭毀壞。該火山大規模爆發式噴發持續到1986年。經過短暫的18年休眠，2004年10月11日，美國華盛頓州圣海倫斯火山爆發后繼續噴涌，在原有火山丘的南部形成了新的火山丘，這一過程從2005年持續至2006年。在此期間，多種地質現象被觀測并記錄，其中包括被稱為“鯨背”的結構，它由冷卻凝固的巖漿在擠壓作用下形成長柱狀，但這些結構極不穩定，形成后不久便倒塌消失。2005年7月2日，鯨背的一部分斷裂墜落，產生的落石將煙塵揚起至數百米高空。
2005年3月8日，圣海倫斯火山發生了一次火山活動，噴發出的煙霧和灰塵云高達11000米，甚至在西雅圖（美國華盛頓州）也能看到。這次小規模的噴發被視為造丘運動積累壓力的一次釋放，并伴隨著一次2.5級的地震。另一種在火山丘上形成的地質現象被稱為“鰭”或“板”。這些大約半個足球場大小的冷卻火山巖以每天2米的速度被推升。
2006年6月中，這些巖板在頻繁的巖崩中開始破裂，同時仍持續受到擠壓上升。此時，火山丘的最高高度為2301米，但仍低于2005年7月鯨背倒塌前的高度。2006年10月22日下午3時13分，一場3.5級的地震導致Spine7脫落，進而引發火山丘崩塌，將火山灰煙柱送至火山口西側2000米的高空，但煙柱隨后迅速消散。同年11月19日，大片冷凝水蒸汽煙柱的出現引發了媒體對火山小規模爆發的猜測。然而，美國地質調查局的喀斯開火山觀測站并未觀測到明顯的火山灰云團。火山從2004年開始的持續活動主要被認為是火山口內涌出的巖漿緩慢堆積和擠壓的結果。
地理特征
地質
地貌
圣海倫斯火山平均海拔約2549米，是北美喀斯喀特火山鏈上的一座圓錐形層狀大型活火山，也是喀斯喀特山脈最活躍的現代噴發火山。喀斯喀特山脈是太平洋海岸山脈的一部分，從加利福尼亞州北部向北延伸，綿亙至加拿大不列顛哥倫比亞省的南部，全長1100多千米，許多山峰海拔在3000米以上。喀斯喀特山脈自南向北增高，其中段被哥倫比亞河切割成峽谷。山脈大部分為熔巖和火山噴出物覆蓋，尤其在南段，火山錐林立，部分尚在活動中。
人類活動
根據馬斯廷（Mastin）和維特（Waitt）在其著作《冰川峰——喀斯喀特火山的歷史與危害》（2000年，美國地質調查局事實說明書058-00）中的描述：“華盛頓州那些令人驚嘆的雪山，長期以來一直被美洲原住民在他們的語言和傳說中傳頌，并在18世紀末和19世紀初引起了美國和歐洲探險家的注意。
1792年5月，英國皇家海軍指揮官喬治·溫哥華在太平洋海岸北部進行考察時，首次發現了圣海倫斯火山。1792年10月，喬治·溫哥華把這座山命名為圣海倫斯山，以紀念英國駐馬德里宮廷的大使。
1805年末至1806年初，劉易斯和克拉克探險隊的成員從哥倫比亞河看到了圣海倫斯火山，但他們沒有報告當時火山正在噴發，也沒有報告有近期噴發的跡象。
1841年，耶魯大學的詹姆斯·德懷特·達納（James Dwight Dana）隨查爾斯·威爾克斯（Charles Wilkes）率領的美國探險隊航行時，從哥倫比亞河口外望見了這座當時處于休眠狀態的圣海倫斯火山。隨后，探險隊的另一名成員描述了這座山底部有蜂窩狀玄武巖熔巖。次年11月22日，俄勒岡州香波格（Champoeg）的喬賽亞·帕里什（Josiah Parrish）目睹了圣海倫斯火山的噴發。
開發與保護
1982年，美國總統里根及美國國會建立了圣海倫山國家火山紀念地，包括了吉福品徹國家森林中圣海倫山周圍445平方公里的土地。在1980年火山爆發以后，那一區域的自然環境逐漸回復了毀滅之前的舊觀。1987年, 國家森林服務（National Forest Service）重新開放火山供登山者登山。火山開放持續到2004年，新的火山活動導致了附近的區域再度關閉。
1982年，美國總統與國會共同設立了占地110,000英畝的國家火山紀念碑，旨在推動科研、休閑和教育活動。在1980年火山爆發以后，那一區域的自然環境逐漸回復了毀滅之前的舊觀。1987年，圣海倫斯火山再次向登山者開放，每年都有成千上萬的登山者踏上前往火山口的旅程，可以通行于火山東、南、西三面。在山的西面，504號州道提供了通往五個游客中心的便捷通道。其中，位于504號公路5英里碑處的銀湖圣海倫斯火山國家火山紀念碑游客中心，展示了1980年5月18日的火山噴發情況。霍夫施塔特崖縣屬游客中心則位于27英里碑處。該游客中心設有一個禮品店，出售以圣海倫斯火山灰手工制作的商品以及該地區其他各種物品。
森林學習中心位于33.5英里碑處，由惠好公司與落基山麋鹿基金會共同運營。該游客中心可以了解砍伐木材和重新造林的全過程。還可以通過設置在解說步道頂端的望遠鏡眺望遠方，有機會看到附近的麋鹿等野生動物。冷水嶺游客中心則位于43英里碑處。該游客中心由林業局運營，作為教育指南，展示了火山噴發后的巨大變化。這里有一條名為“變革之風”的短途自助步道，詳細展示了1980年5月18日火山噴發所留下的痕跡。最后，約翰斯頓嶺游客中心于1997年5月正式開放。這是距離圣海倫斯火山最近的游客中心，可以在這里俯瞰火山口并近距離觀賞熔巖穹丘的景象。
圣海倫斯火山開放持續到2004年，新的火山活動導致了附近的區域再度關閉。2006年，被封鎖近兩年的圣海倫斯火山又重新向游客開放了。這座火山是美洲最活躍的火山，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”。盡管如此，當地政府還是解除了對圣海倫斯火山的登山禁令，他們提醒游客，在活火山上游覽隨時可能出現意外，因此一定要格外注意安全。
研究啟示
火山監測
由于1980年至1986年和2004年至2008年期間發生的火山噴發，圣海倫斯火山在喀斯喀特山脈的所有火山中配備了最為先進的地震監測網絡。圣海倫斯火山是華盛頓州和俄勒岡州級聯地區最為活躍的地震活火山。太平洋西北地震臺網（PNSN）平均每月能監測到22起地震事件，而在火山噴發期間，這一數字會顯著上升。
盡管在1970年代，圣海倫斯山周邊已經部署了幾座地震站，但直到1980年，為了應對當年3月開始的火山活動加劇，才建立了第一個全面的地震站網絡。自那時起，該網絡已經記錄下了數百萬次地震以及包括巖崩、爆炸、雪崩、冰川地震和直升機活動在內的其他非地震信號。PNSN的地震目錄涵蓋了多個方面的數據，包括火山噴發前的預兆活動（如1980年至1986年和2004年噴發前的活動）、與間歇性爆發性噴發相關的地震活動（如1980年的活動）、穹窿生長過程（如1980年至1986年和2004年至2008年的活動），以及噴發之間相對平靜的時期（如1987年至2004年和2008年至今）。這些地震資料已經被廣泛用于各種科學研究。
軍用熱像儀
美國西北部圣海倫斯火山爆發前，曾用Hughes飛機公司為美國海軍A-6E飛機制造的夜襲系統---探測和測距儀(DRS)拍攝了紅外熱圖，供地質學家監視溫度異常區用。火山于1980年5月18日爆發后，又用一架海軍的TC-4CGulbstream型飛機作為監視平臺拍攝了紅外照片。該機停在圣海倫斯火山西北230千米處，供訓練A-6E機上人員使用DRS系統用。DRS有一穩定平臺，可以負仰角進行跟蹤，所記錄的圖像可立即重放。DRS操作人員先用雷達屏幕對目標定位，然后轉用熱成像系統。后者有變焦功能，可以放大目標圖像。該系統還包括一激光目標指示測距儀以及激光指向探測器。該系統作地質應用時，可事先探測到熱量正從地底涌向地表的地區，并可在黑夜、霧天和煙霧中工飛機從1980年3月開始飛行，在火山爆發前的5月2日，美國地質局科學家據DRS數據在火山北坡一個愈來愈不穩定的地區測到明顯的熱點，便通知民事機構發出警報并加速撤退。兩周后火山爆發，爆炸力相當于5000萬噸級的核爆。
全球定位系統
GPS數據能夠精確捕獲地球表面某一點在特定時刻的三維坐標位置。將這些不同時間點的位置信息進行對比，可以了解到該點發生了多少位移變化。
傾斜儀
在2004年至2008年圣海倫斯火山熔巖穹丘建造及噴發的整個期間，出現了一系列異常淺且規律間隔的“鼓點”式地震。為了監測可能伴隨的地表形變，火山口內部部署了一個傾斜儀網絡。該網絡記錄下了成千上萬次的傾斜事件，然而，每個事件的持續時間都過長，因此無法直接將這些傾斜事件歸因于鼓點地震所引發。
影像監測
為了監測圣海倫斯火山的活動，采用了多種類型的照相機圖像，其中包括地面數碼照片、航空照片以及網絡攝像頭圖像。地面數碼相機能夠部署在那些對科學家而言過于危險、難以進行長期實地觀測的區域，它們能夠捕捉到高質量、聚焦于特定區域且近乎實時的火山活動圖像。航拍照片則為更廣泛的區域提供了活動的概覽視角。網絡攝像頭則能夠實時提供既廣泛又具體的觀察視角。
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，科學家可以通過對比空中與地面照相機所拍攝的時間序列照片，來分析地表特征的變化，并據此計算出運動速度或體積的變動情況。
火山氣體監測
火山釋放的氣體與地下巖漿的類型、數量及其埋藏深度有著直接的關聯。為了更深入地理解火山的活動模式，科學家會測量不同火山氣體的種類和數量。火山氣體產量的增加或氣體化學成分的變化，往往可以作為火山活動加劇的首個地面信號。自1980年在圣海倫斯山啟動氣體排放研究以來，科學家們采用了多種技術手段來收集樣本，這些技術方法包括直接測量地面噴氣孔的氣體排放、在空中測量火山噴發產生的氣體羽流，以及通過分析水體中的化學成分來間接評估氣體含量。
熱力特征監測
科學家通過分析火山噴發的熱特征，能夠更深入地洞察活火山的活動過程。特別是當熱成像數據與其他監測手段（例如地震活動監測、GPS測量以及氣體排放分析）相結合時，它們對于確定潛在火山災害的特性至關重要。
在2004年至2008年圣海倫斯火山的噴發期間，卡斯卡德斯火山觀測站的工作人員利用直升機上搭載的熱紅外（TIR）相機和光學相機，對火山活動進行了并行的監測。卡斯卡德斯火山觀測站的飛行觀測頻率根據火山活動的強度而調整，從火山爆發時的每日兩次飛行，到熔巖穹丘形成后的每周數次飛行（天氣條件允許的情況下）。通過熱測量，科學家們能夠區分冷熱不同的噴發事件和地質構造，從而更準確地描述噴發序列。熱成像技術還揭示了火山口內的熔巖穹丘實際上是由一系列緩慢噴出的熔巖錐組成的。
巖石學監測
火山巖的化學與物理特性可在連續噴發過程中被研究，這有助于科學家們更深入地理解火山內部所發生的變化。這一過程被稱為巖石學監測，它最好能與實時或近實時的數據（例如地震活動、地表形變和氣體排放）相結合使用。
為了將火山監測應用于預測火山危機期間的具體事件，必須在火山噴發后不久就迅速收集新的樣本。然而，樣本的分析過程可能需要數天時間，因此這些方法通常無法在短時間內（如每小時或每日）對火山噴發進行預測。盡管如此，巖石學監測確實能夠讓火山學家了解到巖漿儲藏區的狀況（例如溫度、粘度、深度、氣體含量）以及巖漿上升的速度，這些因素對于評估火山的噴發強度至關重要。
在長時間噴發的情境下（如持續數周至數年），巖石學監測在探測可能表明新巖漿正在注入火山系統的變化以及幫助預測噴發結束方面具有關鍵作用。巖石學監測只能針對首次被送至地表的新噴發物質進行，這些物質被稱為新生巖石。有些火山噴發，如蒸汽爆炸，是由于淺部熱液系統的高壓而引發的，它們只會將較老的巖石（稱為巖屑）帶出地表。一些火山噴發的產物可能同時包含新生巖石和巖屑成分，但只有幼年期成分才能為科學家提供了解當前火山噴發狀況的關鍵信息。
參考資料 >
注意!巴厘島火山地震頻發，小長假千萬別去!.微信公眾平臺.2024-10-28
一次震撼的全球級火山大爆發!圣海倫斯火山的“痛”與“愛”.中國科技新聞網.2024-10-28
mount saint helens.fil.2024-11-06
地球上的十大火山災難.海南省地震局.2024-10-25
印尼火山海嘯后，回顧那些曾改變人類歷史的火山爆發.文匯報.2024-10-25
USGS Volcanoes.usgs.2024-11-06
USGS Volcanoes.usgs.2024-11-06
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圣海倫火山.圣海倫火山.2024-11-03
News: Mount St. Helens reopens to climbers.nbcnews.2024-11-06
Mount St. Helens National Volcanic Monument - .archive.2024-11-06
CCTV.com.央視網.2024-10-31