脆弱的宝藏（岩石与矿物的秘密）/人与地球的明天科普书系

作者简介

秦善，北京大学教授、博士生导师。长期从事矿物学和晶体化学的教学、科研工作，曾编著教材《晶体学基础》、《矿物学基础》和《结构矿物学》，主持多个国家级研究项目，发表学术论文120余篇。 刘学清，1987年矿产普查与勘探专业硕士研究生毕业，高级工程师。1996年至今任北京地质学会秘书长；曾被选举为北京市宣武区第十三、十四届人大代表。发表文献主要有：《世界上的名山大川》、《地质文化建设构想》等。参与主持的“北京市多参数立体调查”项目获北京市科技进步三等奖。

内容简介

在地壳之下约100千米深处有一个“液态区”，那里存在着很多高 温、高压下含挥发气体成分的熔融状硅酸盐物质，那就是岩浆，其中 二氧化硅的含量在30%～80%之间；金属氧化物如三氧化二铝、氧化 铁、氧化镁等占20%～60%；其他重金属、有色金属、稀有金属及放 射性元素等总量一般不超过5%。此外，岩浆中还含有一些挥发性气体， 其中主要是二氧化碳、二氧化硫等。按照岩浆中二氧化硅含量的不同， 我们将岩浆大致分为4类，二氧化硅含量大于66%，的叫酸性岩浆；在 53%～66%之问的叫中性岩浆；含量为53%～45%称基性岩浆；小于 45%的被称为超基性岩浆。与之相对应所形成的岩石分别为：酸性岩、 中性岩、基性岩和超基性岩。岩浆的温度一般在900～1200℃之间，最 高可达1300℃。 压力是驱动岩浆沿着地壳薄弱的地段四处乱窜的直接动力，这种高 温、炽热、火红的岩浆，一旦冲出地表，便像一头刚从地狱中被释放出 的怪兽，伴随着震天动地的巨响，将少量熔浆、大量火山灰及二氧化硫、 硫化氢等有毒气体抛向空中；地下源源不断上拱的岩浆则利用自身高温、 黏稠易流动的特点，熔浆四溢，遍地横流。所到之处任何物体，要么归 顺投降成为岩浆的一部分，要么灰飞烟灭死无葬身之地。幸好这一怪兽 的能量及物质总量是极其有限的，没威风多久便失去了后援，随着温度 压力的迅速降低，加之气体的快速逃逸， 岩浆逐步冷却后形成冰冷僵硬的岩石， 这种岩石便是大名鼎鼎的喷出岩，又叫 火山岩。一系列由喷出岩构成的山被称 为火山。由于岩浆在喷出地表后，温度 压力急速下降，岩浆也迅速由黏稠液态 变成固态。岩浆这种快速的凝固作用， 致使矿物来不及进一步结晶便已成岩， 因此喷出岩的矿物颗粒通常很小，有的甚至形成火山玻璃。 不过，大多数情况下岩浆不会直接喷出地表，而是选择在地下某一 地方停顿下来，慢慢凝固。由于此时岩浆四周被各种早已固结的岩石所 密闭，因此温度压力降低很慢。这为矿物结晶创造了很好的条件，以这 种方式形成的岩石被称为侵人岩。岩浆侵入部位在地表至3千米以内的 被称为浅侵入岩，3千米以下的被称为深侵入岩。 玄武岩——洋壳和月海的基石 玄武岩是地球洋壳和月球月海的最主要组成物质，也是地球陆壳和 月球陆壳的重要组成物质。这种岩石是火山岩的一种，常呈灰黑色，致 密且具气孔状构造。二氧化硅的含量为45%～52%。矿物成分包括橄榄 石、辉石、斜长石等。与之有关的矿产有铜、铝、汞、硫黄等，岩石本 身可用作铸石原料。 神奇的石柱 进人长白山区新开辟的望天鹅国家地质公园，最震撼人的是那些神奇 的玄武岩柱。这一排排鬼斧神工的神柱是如何长出来的呢？ 玄武质熔岩流到地势低洼地带堆积下来时，开始经历冷却降温作用。 冷却降温作用在熔岩流顶部向空气中辐射式散热最快，在熔岩流底部向 原始地表结合处传导式散热作用也很强烈，而熔岩流内部则会更长时间 地保持较高的温度。根据热胀冷缩原理，这时熔岩流的上、下表面就要 收缩。当正在冷却的熔岩的收缩引起的张应力大于熔岩强度时，就形成 了表面裂隙。每个裂隙长到一个临界长度时就要与其他裂隙结合，这些 裂隙就在流体表面形成一个网状裂隙形式。 散热冷却作用是垂直于接触散热面传导的，因此收缩裂隙会沿着垂 直于接触界面的方向向熔岩流内部传导进去。由于通常情况下熔岩流都 是近水平状堆积，所以自熔岩流底部传导形成的裂隙一般都是垂直向上 生长的。熔岩流表面的冷却作用主体也是垂直向下的，这也会使得向下 传导的裂隙近于垂直产出。由这些网状裂隙限定的冷却熔岩块体组成一 个个单独的柱状体，柱状体组合而成柱状节理外貌。 理想条件下使得裂隙加深并形成截面呈正六边形的长柱状体，而通常 情况下所见柱状体有3～7个侧面。 除了玄武岩，快速定位高温冷却的熔结凝灰岩也常见到柱状节理， 只不过是柱状体的形状以四边形居多。流体定位后如果降温冷却的接触 面不是水平的，所形成的柱状体就会产生各种倾斜、扭曲的形状。P9-11