【物理科普】漲知識!石頭竟是這樣形成的…終於明白了

地球上各種巖石是怎麼來的？

可能是每個人小時候都想弄清楚的問題，

但卻很少有人能真的講明白。

想要弄清這個問題？

還得回到46億年前

——地球的誕生之初。

那個時候，

地球混沌一片，

沒有地殼、地幔、地核，

更沒有陸地、海洋之分。

我們把那時的地球叫作，

原始地球。

目前，科學界主流認為：

原始地球的組成成分和球粒隕石相似。

球粒隕石是一種石質隕石，帶有特殊的小圓粒結構。通常認為，他們誕生在46億年前，和地球的年齡相近。他們富含橄欖石和輝石等礦物，化石成分和早期地球相似。

當時的地球軌道還沒有被清空，

原始地球不斷遭受隕石撞擊，

撞擊產生的熱量，

讓地球的溫度上升，

並開始熔融，

形成一個炙熱而粘稠的球。

直到有一天，

太陽系中某顆星球（希亞星）不遵守「交通」規則，

和地球追尾，

頓時漫天煙火，兩敗俱傷。

撞擊產生的能量幾乎把地球全部熔融，

其中一部分物質被撞飛，

飛出的物質後來演化成地球的衛星——月球。

不過，

塞翁失馬，焉知非福。

再次成為熔融態的地球，

在這次強大的外力作用下，

開始分層演化。

（大家可以想像，在家篩米粒時，重的米粒總是會跑到下面，而輕的雜質會浮上來）

地球也是如此，

比重大的物質，比如鐵和鎳，

向地球中心沉降，

密度很大的地核誕生了；

比重小的物質，比如矽、氧、鋁、鈣等，

浮在地核的外面，組成了原始地幔。

然後，地球進入了漫長的冷卻期。

能源被逐漸釋放到太空。

地球表面溫度開始下降，

一些原本成熔融態的物質開始結晶，

組成了橄欖巖、輝巖等最初的地幔巖石。

隨後，彗星給地球帶來了水，

於是，地球上就有了海洋，

逐漸地，地球擁有了完整的圈層結構。

其中，地殼和一部分上層地幔，

組成巖石圈。

我們身邊能看到的常見巖石，

大部分都來自於巖石圈。

巖石有很多種，

根據不同的形成原理，

巖石可以分為三大類：

火成巖、沉積巖和變質巖。

下面一一介紹「這三兄弟」

火成巖

火成巖的形成，

和巖漿噴發有關，

因此也叫巖漿巖。

它們都是由巖漿冷卻結晶而成。

大家第一印象，

是不是都認為巖漿噴發都得噴出地表，

再冷凝結晶而形成巖石？

其實不是，

更多的巖漿噴發是在地球內部完成的，

噴出地表的巖漿只佔少數。

如果在火山活動中，

噴出地表的巖漿，

遇到溫度相對很低的空氣或海水，

會快速冷卻、迅速結晶（甚至來不及結晶）。

這種情況下形成的火成巖，

一般顆粒比較細，有時還會帶有氣孔，

這種火成巖叫噴出型火成巖，

也叫火山巖。

如果巖漿沒有噴出地表，

而是在地面以下冷卻，

那麼他們的冷卻速度就會很慢，

冷卻時間長結晶就會很充分。

這樣情況下形成的火山巖，

一般顆粒比較粗大，

這種火成巖叫侵入型火成巖。

根據形成的深度，還可以分為深成巖、淺成巖。

那為什麼火成巖的顏色不一樣呢？

火成巖的顏色有深有淺，這是由組成它們的礦物成分決定的，

而決定礦物成分的，是形成火成巖的巖漿化學成分所決定。

比如在大洋中脊，兩個不同的板塊相互分離。

海洋地殼變得薄弱，其下方的壓強減小。

壓強減小，

熔點就會降低，

因此地幔直接形成巖漿。

巖漿向上湧起，

噴出的巖漿遇到海水快速冷卻，

形成玄武巖；

沒有噴出，

而遇到海水的巖漿緩慢冷卻，

形成輝長巖；

他們是海洋地殼的主要組成部分。

這些由地幔巖漿形成的巖石，

一般富含鎂和鐵，

矽含量較少。

因此被叫作鎂鐵質巖石，

也叫基性巖。

他們在多數情況下，比重較大，

對應巖漿的流動性較強

因其富含深色礦物，基性巖一般偏深色。

在俯衝帶，

海洋板塊會俯衝到大陸板塊之下而消亡。

俯衝帶下去的海洋板塊，

會受熱熔化，形成巖漿。

因壓強等因素，

巖漿會沿著大陸板塊中的縫隙，

向上攀升。

越淺的地方，

溫度越低，

因此巖漿會逐步結晶，

形成大陸地殼中的巖石。

以上形成大陸地殼主體部分的火成巖，

都是在地殼內部緩慢結晶的，

因此都是侵入型火成巖。

如果巖漿沒有來的及結晶就噴出地表，

就會形成和其剩下成分相對應的噴出型火成巖。

它們形成的火山會形成大陸火山弧，

著名的雷尼爾山和聖海倫火山，

都是大陸火山弧的一部分。

火成巖形成之後，

並不會永遠保持不變。

它們很可能會經歷物理變化和化學變化，

然後轉變為沉積巖或變質巖。

沉積巖

已有巖石在受到外力侵蝕作用之後，

會分解為沉積物。

沉積物由巖石的碎屑，

以及砂、粘土、生物殘骸等組成。

沉積物被風、水、冰川等外力攜帶、搬運，

可能會遠離母巖所在地...

最後在能量較低的區域

（盆地、湖泊、海洋等）聚集，

進行沉積。

沉積物一層一層地堆積，

後來的位於上方，

先來的位於下方。

埋在深處的沉積巖被加壓、加溫，

會發生成巖作用，

讓鬆散的沉積物轉化為結實的巖石，

沉積巖便誕生了。

沉積巖種類，

和它對應的沉積物種類有關。

總體來說，

沉積物可以分為

碎屑沉積物（方解石、霞石、白雲石等）

和化學沉積物（石膏、石鹽等）。

其中化學沉積物又分為

碳酸鹽沉積物和蒸發巖沉積物等類別。

碎屑沉積物又可以按顆粒大小，

粗略地分為六個類別，

從小到大依次為：

粘土、淤泥、砂、細礫（卵石）、中礫、粗礫。

他們發生成巖作用之後，

會相應形成頁巖（泥巖）、粉砂巖、砂巖，

以及不同組合的礫巖和角礫巖等。

變質巖

已有巖石，

除了可以經歷搬運、沉積和成巖作用，

演化為沉積巖之外，

還可以根據周圍的溫壓變化，轉為變質巖。

變質巖的形成，主要靠溫度和壓力的變化。

當溫度和壓強增加的時候，

巖石裡會形成新的礦物

從而產生變質巖。

這就叫變質作用。

變質作用大致分為兩個常見種類：

接觸變質和區域變質。

接觸變質發生於地層中巖漿侵入體或者熔融流附近。

地下的巖漿有時會順著裂縫，

侵入到地層中間，

形成巖漿室或巖漿侵入體。

如果巖漿流到了地表，

就會形成熔巖流。

與巖漿侵入體或熔巖流接觸的巖石，

會被加熱，

在高溫條件下形成變質巖。

在接觸變質中，

巖石變質的程度一般和溫度高低有關。

區域變質一般發生於造山帶或大型逆斷層附近。

在造山帶、山體對下方的巖層產生巨大的壓強；

在逆斷層，

兩側巖體的擠壓，

也會產生很大的壓強。

在高壓的作用下，

巖層中的巖石發生變質，

形成變質巖。

一般來說，

區域變質會產生較大規模的變質巖。

世界上的大型山區，

比如喜馬拉雅山脈、阿爾卑斯山脈和落基山脈等，

都分布有規模可觀的變質巖。

經歷變質作用後的礦物晶體，

其大小、形狀和空間排布都會變化。

通常來說，

加溫加壓越劇烈，

變質巖裡的礦物晶體就越大。

而在高壓下，

石英和雲母等礦物會被排成一條一條的層狀或帶狀，

體現在巖石上，

成為葉理，

是變質巖的重要特徵之一。

變質巖的種類很多，

根據溫壓條件的不同，

可分為許多變質相：

其中，

榴輝巖和藍片巖屬於高壓變質相，

常常產生於地幔的高溫高壓環境裡。

它們下方的葡萄石-綠纖石、綠片巖、角閃石和麻粒巖等

是中高壓變質相，

一般產生於造山帶等區域變質作用的條件下，

最下方的角巖和透長巖，

是低壓變質相，

一般產生於接觸變質作用的條件下，

葉理相對來說不明顯，晶體排布不規則。

不同的變質巖，

通常會對應不同的母巖。

比如石英砂巖一般是由砂巖變質而來，

板巖一般是由頁巖變質而來，

綠片巖一般是由玄武巖變質而來，

大理巖一般是由石灰巖變質而來。

大理巖俗稱大理石，

源於石灰巖，

包括綠色大理巖、橄欖大理巖、

灰色大理巖、藍色大理巖等品種。

因其底色潔白，

花紋美觀，

常被作為建築、雕塑、鑲嵌畫得石材。

帕特農神廟、泰姬陵、林肯紀念堂等

不少著名建築都是用大理巖建成的。

同一種母巖，

在不同的變質程度下，

會形成不同的變質巖，

比如頁巖→板巖→片巖→片麻巖的連續變質過程；

頁巖升溫加壓變質為板巖，

板巖升溫加壓變質為片巖，

片巖升溫加壓變質為片麻巖。

片麻巖如果繼續受到高溫高壓的影響，

就有可能熔融，

形成巖漿。

而巖漿再度凝結之後，

就會形成新的火成巖。

這樣，

就走過了從沉積巖（頁巖）到變質巖（板巖、片巖、片麻巖）

再到火成巖的一個循環。

這也就是為什麼三大類的巖石，

是可以互相轉換的。

不僅如此，

它們還可以自我轉化。

任何巖石，

如果熔融之後再冷卻結晶，

就會形成火成巖；

如果被風化侵蝕，

經過搬運、沉積，

最後發成成巖作用，

就會形成沉積巖；

如果經歷高溫高壓，

在不熔融的情況下，

發生變質作用，

就會形成變質巖。

因為巖石的形成和轉換是循環式的，這也是為什麼巖石的種類成百上千，它們的特製和性質千奇百怪。

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