在地球的外带——大气圈、水圈和岩石圈的外壳中，现在所存在的气体的演化史，是地球历史的最有可能的指示物之一。在整个期间，这些气体中的大部分已经积聚起来，但是，如果要确切地说，它们必然给我们在地球演化的理论方面带来了一些局限性。在可能是从内部放出气体的作用之中，熔融岩石（岩浆）的向上运动，在地球表面产生火山活动，常常是最主要的。

传统的火山概念描绘一个雄伟的火山锥发射气体柱，这种气体柱就是火山的象征。但是，关于地球岩石圈、水圈、大气圈和生物圈发育的最一般的认识，很少注意火山的变异性，而考虑的是这种活动是否均一，并且，把气体柱看作是不连续的。然而，活动火山的分布、产生的速度，爆发的方式以及在它们的固体产物、熔岩和火山灰的成分方面，却变化很大。所以，没有理由认为火山气体只包含着同一种物质类型。也没有更好的理由认为，它们在数量上是不连续的。在火山图片上，气体柱的特征使我们注意到这样的事实：熔岩和火山灰的喷发期，只是代表着许多火山整个历史的一小部分，但是，在这期间，即使在“静止”，它们仍在放气。

由于气体具有逐渐消失的特点，所以，在火山地质学中，它们被大大忽视了。留存在岩石中气体的记录，只是在活动已经停止时所残留下来的，它既不完全而又难于辨认。

能够把火山产生气体的数量和过程的变异性，看作是不同岩浆的不同喷发类型。有些熔岩穿过火山口、甚或沿着一条地表的裂缝向上涌，而且很容易远距离地流动（如夏威夷的莫纳洛）。另外一些，随着猛烈的爆发而喷出，大部分碎屑雨沉积在火山口周围，形成了火山锥。环太平洋边缘的火山具有这种形式喷发的特点：典型的陡沿火山锥，以优美对称形式的日本富士山为代表。

富碱火山是以爆发的、富气和碎屑喷发为特点，它代表着稳定的地球板块内部的火山活动，特别是在大陆板块的内部。认为这些气体的成分，或许像这些不同类型的火山所产生的固体的成分那样强烈地变化，但是，这样的效应很少考虑到。

由于我们很难获取标本，从而不了解火山气体的化学成分。甚至，当采集到一个不免混有空气或大气水的标本时，所喷发的气体的成分也会随着温度而变化。而且，在逸出点周围的较冷岩石上，由于升华和沉淀作用，有些类型呼挥发成分或许有显著的损耗。火山的升华，尤其是以卤素和硫黄为多，所以，采集来的气体中的这些成分会被消耗殆尽。由于它们是以火山的多孔结构方式消散，但主要是由于它们比较可溶于地表水和地下水中，因而，这些升华的总量是很难确定的。由于所采集的气体温度的降低，所以，它就更有可能受到大气和地表水的混合。因此，最热的气体是最好的标本，而且，最易采集像从熔融的熔岩中所逸出的，温度在900°C到1200°C之间的气体。

试图把气体收集管放置在密切靠近于强烈放气的熔融熔岩的相应位置，常常是不可能的，因为差不多经常出现在采样者面前的条件既艰巨而又危险。至于另外的原因是，火山中的气体主要是猛烈地发射，最常见的是爆炸性的，在这样的喷发期间，不可能予以采集。有些喷发气柱的分析，是用遥控装置做出的，但是，这些只局限于一种分子或某些分子的类型，而且，还表示不出气体的总的成分。在成分上，猛烈的喷发方式所含有的气体，或许与能够采集到的气体大不相同。

如果地球化学家做了一次很好的气体采集，然而其标本仅仅只代表着一个火山的地质历史中的一瞬间，随着这个目的实现，就被遗忘了，而且，它的火山只不过对于漫长的地球历史中这一瞬间是有效的，而不是多变的全世界火山型式的部分，假如我们要涉及地球大气圈的发育，那么，我们也就要考虑到在整个历史上的气体逸出量的变化，在过去4500百万年间，火山活动总量方面的变化，以及相应比例的不同火山类型方面的变化，使得这种演化型式复杂化了。

由于采样的问题，只是分析了一些高温气体，而对来自于夏威夷这个巨大岛屿上的a斑玄武岩火山基拉韦厄了解得最为详尽，太多关于地球气体演化的概括，是借助于夏威夷的分析来表明火山所起的作用：因而，就对现在存在在大气圈、水圈和岩石圈中火山气体和挥发部分做了对比（见表1）。即使，这种简单的对比是需要加以解释的。一种解释是，夏威夷的气体样品不具有初生气体发射的代表性。例如，环太平洋的安山岩火山活动含水较多，这是很明显的，而且，现在有人把这种类型的火山活动，看作是地球上地表水的主要来源。在火山气体中，水是主要产物，通常，就这个普遍的假设来说，地球表面以水占优势，它似乎是有道理的，但是，富碱火山作用却与这种假定相抵触。富碱岩浆是地球岩石圈板块内部地区喷发的特征，特别是在受到张裂的、在现代地质历史中表现最为普遍的东非裂谷地区。在这个现代活动带的南部，有一些碳酸盐岩浆活动的最好的例子。在坦桑尼亚北部的Oldonyo Lengai，观察到有碳酸盐火山灰和熔岩的喷发。碳酸盐熔岩（它们简直是二氧化碳的另一种喷发形式）基本上无水。它们也是富含氟的。与碳酸盐岩浆活动相伴随的是二氧化碳含量非常低的硅酸盐熔岩（如霞石），而且，根据对扎伊尔活动的Nyiragongo霞石火山气体的分析，同样也富含二氧化碳。现代实验研究证明，在有二氧化碳参与情况下，橄榄岩（地球地幔的平均成分）的熔融形成霞石液体。显然，这种类型的岩浆活动需要二氧化碳而不是水来参与。但是，在东非裂谷的肯尼亚段，许多富硅火山活动同样富含卤素并高度缺水，通常想象不到，虽然，在硅溶液中未保存有二氧化碳；但是，在这些火山地区，显然它是很多的。这个裂谷自始至终地从地面逸出二氧化碳，有时，达到可供大批利用那样高的压力和纯度。

东非裂谷可能是近期富福火山活动最精彩的例子，而且，这种类型的火山活动通常富含二氧化碳。这就证实了在几年前才得出的看法，即火山活动的变化与混合气体的量和成分有着密切的关系，甚至，在岩浆本身的形成和特点方面，这种变化或许有着决定性的影响。东非裂谷作为大陆岩石圈中一条巨大的裂缝，呈现出这样一幅情景：自过去二千三百万年的中新世以来，从中已喷发出大量的二氧化碳。最早的活动很可能以天然焦或霞石喷发为主。类似的碱性火山，在其他的裂谷中喷发，以及在板块内部分上涌，但在同一期间，沿着板块边缘的火山带，喷发着不同类型的岩浆、伴随以不同成分的混合气体（其中水可能是主要成分）。但是认为，一旦火山气体的简单估算普遍地被接受的话，那么，在关于大气圈过程的假定得到承认之前，需要对受水的支配予以重新解释，这已经是说得够多的了。

假如我们认为火山挥发份是火山活动特有的部分话，那么在地球地幔的非均质性方面，火山活动从—个地方转移到另一个地方，就提供了一种特殊的洞察力。在地球内部的高压熔融时期，大多数自由的气体类会溶解在先形成的熔体中：通常将在不耐熔的物质之中产生气体，而且，同样也消耗在早期的熔体中。然而，上升岩浆一般是不会损失它所溶解的气体的，除非它使含挥发份的物质凝固，或者达到气体的过饱和。在最终固结的岩石中，通过所存在大量的含挥发份的结晶（斑晶），以及俘获气体的孔穴（气泡），能将这两种情况辨别出来。许多喷发岩浆的确没有含挥发份的斑晶，并且，常常显示不出有气孔的形迹，所以，可以认为岩石中所俘获的挥发份是内在的。在不同的熔岩中，这些内在的挥发份在数量上，特别是在比例上，非常明显地表明了来源物的成分的多变性。

我们可以考虑把玻璃质熔岩中氟和等的分布作为一个例子。这两个元素极可溶于硅熔体中，而且，甚至在真空中熔解时也很难提取，所以，假定我们把它们看作是在内部，这是很明显的。

去气作用的演化

每当把算出来的地球外部挥发份量与现今的火山气体量随时间的积分作比较时（即使，已经注意到具有不定性），它表明了主要气体类型的—种近似平衡，要求在地球的整个历史中呈连续性火山发射。一种更为简单的验证，是计算现在存在在沉积岩中所有碳氢化合物和碳酸盐中二氧化碳量。这将提供了二氧化碳的分压强可达14巴的一种大气；假如这样的一种大气在过去存在的话，就一定在地质记录中留下明显的证据。但是，至今却未见报道，因为二氧化碳是一种普通的火山气体，在沉积岩中固定不变，所以，由于它持续受到溶解作用、岩石的风化以及生物活动的影响，它逐渐加入到大气圈之中，这种假定是合理的。这种去气作用演化的假说，已经得到了赞同，而且，它正受到研究火山源稀有气体工作者的支持。不同气体的浓度和比例，显示出大气值的强烈偏差，表明了稀有气体的连续释放，于是，首次到达地表（“初生”气体）。或许，初生放射的最直接证据是在氦的同位素中，因为它们很容易从地球的重力场中逸出，而且，它们在大气中留存的时间，在地质上却是一逝而过的。这种同位素比³He/⁴He，在深海水中、火山气体中、熔岩中以及在深部岩石中比之在大气中的要大得多，表明了连续的初生放射。而且，对于比较多的活性气体来说，已经注意到，在两个不同地区之间这个比例的显著变化，与地幔不均匀性的证据非常一致。环太平洋边缘火山活动的初生氦，重新引起了有关水的来源的争论，看来它是具有这种类型岩浆活动特征。最新的假说认为，大量分布的火山水是来源于受到大陆板块掩覆的含水的洋底岩，所以，把这种水看作是大气水或海洋的再循环，但是，氦却说明了水需要一种初生起源——来自于地球的内部。

或许已经表明，今天基本上所有的喷发气体都是再循环的，在较早的造山幕期间，它们来源于已经消减到地幔中的，或者埋藏在深部地壳中的老的表面岩石。换句话说，来源于^部的、真正的初生气体是没有的。但是，大多数火山气体的浓度和比例与再循环的大气、大气水，或者地表岩石的相矛盾，所以，它们的某些组合会是火山气体的再生源，对于这种看法说来，就没有讨论的基础了。

有可能把来源于大陆板块内部的火山气体进行综合，来追溯已知最老岩石的一段地质历史（约三十八亿年）。目前出露在地表的最老岩石，当它们变形的时候而被深埋在地表以下，深度达20到60公里。这些的典型的岩石，就是通常所说的麻粒岩粪。这类岩石不含挥发份和大离子元素（“不相容”元素）：通常认为，它们在无水的条件下已经结晶，并且代表着来自于大陆地壳不同深处挥发份耗尽后的残余物。必须相信的是，在麻粒岩形成的过程中，其直接下伏的地幔，同样也将使挥发份和不相容元素耗尽。然而，许多古老的大陆地盾部分（特别是在有裂谷的地方），已经被后期碱性岩浆活动幕贯入，这种碱性岩浆富含挥发份以及不相容元素。一直到最近期间，在大陆的一些部分，不时地重复着这种岩浆活动，表明地球的较深部分仍然保存有挥发份的储存，这些挥发份或许按活动幕而释放。自从这些大陆首先开始形成以来，它们就已经是地球外部化学不均匀性的部位。

回顾了过去四十五亿年火山气喷出量潜在变化的背景，必然要把现在人类所造成的诸如像二氧化碳这样的气体污染，作为地质上的一次新的喷发。但是，迄今为止还根本不能说，可能在过去很长的时期内，火山气体喷出量的变化，未造成大气成分的类似的或巨大的变化。地质证据表明，在漫长时间里，而同样也在短时间里，较小的大气团因岩石圈、水圈或生物圈中风化和沉积速度变化而保持平衡。我们的海洋缓冲系统基本上看来是与所推测的变化相抗衡的。假如我们通过一次污染“灾变”，使得这些大洋贫瘠的话，那么，来自大气污染的任何威胁就比较巨大。但是，即使在那种情况下，一些估算表明，大气圈将不会达到失却控制的地步。这并不是在作自我安慰，而只是认为，在为一个“失控的温床”的产生而引起惊慌之前，我们必须为研究这些地质记录做出更大的努力。要节制化石的碳氢化合物储存减少的主要原因是，这些化学元素太宝贵了，以至于不能浪费掉。我们的子孙后代，当他们仍然享受着一种未经变动的水土气候的时候，或许完全认为它是个“浪费的时代”，在这个“浪费的时代”里，我们是在以我们所掌握的丰富的知识来消耗着他们的遗产。

（New Scientist，1979年181卷1140期）