书城科普读物探究式科普丛书-大自然的礼物:岩石和矿物质
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第3章 火山爆发的产物——岩浆岩

第一节岩浆岩的成因

岩浆,起源于上地幔和地壳底层。直接来自地幔或地壳底层的岩浆,叫原始岩浆。岩浆岩种类虽然繁多,但原始岩浆的种类却极其有限,一般认为仅三四种而已,即超基性(橄榄)岩浆、基性(玄武)岩浆、中性(安山)岩浆和酸性(花岗或流纹)岩浆。

目前认为种类繁多的岩浆岩,就是从橄榄岩浆、玄武岩浆、安山岩浆、花岗岩浆,它们是通过复杂的演化作用形成的。这几种原始岩浆,是上地幔和地壳底层的固态物质,在一定条件下通过局部熔融(重熔)产生的。

局部熔融,是现代岩浆成因方面的一个基本概念。和单种矿物比较起来,岩石在熔化时有下列两个特点:第一,岩石的熔化温度低于其构成矿物各自单独熔化时的熔点;第二,岩石从开始熔化到完全熔化,有一个温度区间,而矿物在一定的压力下,仅有一个熔化温度。

岩石熔化时之所以出现上述特点,是因为岩石是由多种矿物组成的,对于不同的矿物而言,其熔点也不相同。

局部熔融,即在岩石开始熔化至全部熔化的温度区间内,岩石中的易熔组分(酸性组分)先熔化,产生酸性熔体,残留体为较基性的难熔固体物质。随着温度增高,熔体数量增加,其基性成分也逐渐增加;当温度达到或超过岩石全部熔化的温度时,岩石全部熔化,熔体成分和被熔化的原岩成分一致。

岩石的局部熔融作用,又叫重熔作用或深熔作用。岩石局部溶融,基本是按石英——长石——橄榄石的顺序进行。

由于地壳深部和上地幔的温度很高,固态地壳物质和上地幔物质,同样也会发生局部熔融或重熔作用。一般认为上地幔物质的局部熔融,产生橄榄岩浆、玄武岩浆、安山岩浆;而地壳深部(底层)岩石的局部熔融作用,产生花岗岩浆。

上地幔物质是局部熔融的产物。在上地幔的不同深度上,通过局部熔融,产生3种主要岩浆:拉斑玄武岩浆、高铝玄武岩、碱性玄武岩浆。从玄武岩浆中,可以直接冷凝结晶成玄武岩和辉长岩,通过分异作用,可以形成少量中性岩和酸性岩。通过重力结晶分异,可以形成少量超基性岩。

第二节岩浆岩家族都有哪些成员

在岩浆岩这个家族中,有四个大的分支,也就是前面所说的四大岩类。这里我们主要介绍各大岩类的基本特征,并选择一些常见的岩石,做一简单描述。

1.超基性岩类

在四类岩石中,超基性岩类在地表分布很少,是最小的一个分支,仅占岩浆岩总面积的0.4%。超基性岩体的规模也不大,常形成外观像透镜状、扁豆状的岩体。它们好像一串大小不同的珠子,沿着一定方向延伸,断断续续地排列着,有时长达上千千米。

超基性岩颜色比较深,大部分都是黑灰色、墨绿色,密度也很大,一般都在3.0以上,因此很坚硬,块状构造较为紧密。

超基性岩,基本上由暗色矿物组成,主要是橄榄石、辉石,二者含量均超过70%。其次为角闪石和黑云母,不含石英,长石也很少。

这类岩石最常见的侵入岩是橄榄岩类,而喷出岩是苦橄岩类。

2.基性岩类

基性岩类岩石颜色,比超基性岩浅,比重也稍小。侵入岩很致密,喷出岩常具有气孔状和杏仁状构造。在矿物成分上,铁镁矿物约占40%,而且以辉石为主,其次是橄榄石、角闪石和黑云母。基性岩和超基性岩的另一个区别,是出现了大量斜长石。

这类岩石的侵入岩是辉长岩,分布较少;而喷出岩——玄武岩,却有大面积分布。虽然玄武岩构成的火山和台地,在陆地上比较多见,但是和海洋底部玄武岩的分布情况相比,就逊色得多,因为海洋底部几乎全部由玄武岩形成。

辉长岩的成分和玄武岩很相近,但是结构上。

差别较大。因为辉长岩在地下深处,斜长石和辉石同时结晶,因此矿物颗粒形态发育比较完整,大小也差不多。

玄武岩一般由斑晶矿物和基质两部分组成,斑晶主要是斜长石、辉石、橄榄石,基质就是岩浆喷发时,没有来得及结晶的玻璃质或者是只有在显微镜下才能看出的隐晶质。

3.中性岩类

中性岩类岩石颜色较浅,多呈浅灰色,比重比基性岩要小。比基性岩明显增多。

就像这个岩类的名称一样,它是在基性岩和酸性岩中间的过渡类型。侵入岩是闪长岩,相应的喷出岩是安山岩。闪长岩既可以向基性岩、辉长岩过渡,也可以向酸性岩、花岗岩过渡。

同样,喷出岩之间关系密切,安山岩和玄武岩、流纹岩也常常共生在一起。

4.酸性岩类

酸性岩类中,以人们熟悉的花岗岩类最多,在大陆壳中,属于分布最广的一类深成岩,往往形成巨大的岩体。而喷出岩是流纹岩和英安岩。

矿物成分的特点是浅色矿物大量出现。主要是石英、碱性长石和酸性斜长石。暗色矿物含量很少,大约只占10%。

第三节常见的岩浆岩

1.花岗岩

花岗岩,是分布最广的深成侵入岩。主要矿物成分是石英、长石和黑云母,颜色较浅,以灰白色和肉红色最为常见,具有等粒状结构和块状构造。

按次要矿物成分的不同,可分为黑云母花岗岩、角闪石花岗岩等。很多金属矿产,如钨、锡、铅、锌、汞、金等,稀土元素及放射性元素,与花岗岩类有密切关系。

花岗岩既美观,抗压强度又高,是优质建筑材料。

2.橄榄岩

橄榄岩,是侵入岩的一种。主要矿物成分为橄榄石及辉石,深绿色或绿黑色,比重大,粒状结构,是铂及铬矿的唯一母岩,镍、金刚石、石棉、菱铁矿、滑石等也同这类岩石有关。

3.玄武岩

玄武岩,是一种分布最广的喷出岩。矿物成分,以斜长石、辉石为主,黑色或灰黑色,具有气孔和杏仁状构造,斑状结构。根据次要矿物成分,可分为橄榄玄武岩、角闪玄武岩等。铜、钴、铁矿石等有用矿产,常产于玄武岩气孔中,玄武岩本身,可用作优良耐磨耐酸的铸石原料。

4.安山岩

安山岩属于喷出岩之一,分布很广,仅次于玄武岩。主要矿物成分是斜长石、角闪石和少量的辉石等。新鲜时,呈灰黑、灰绿或棕色,具斑状结构。与安山岩有关的矿产,主要为铜,其次为金、铅、锌等。

5.流纹岩

流纹岩,是一种与花岗岩化学成分相当的喷出岩。一般颜色较浅,多为浅红、灰白或灰红色,具斑状结构,流纹构造。流纹岩性质坚硬致密,可作建筑材料。

第四节岩浆岩与名川大山的形成

岩浆岩中的花岗岩,和很多名山大川的形成有着不可分割的关系。在东北大小兴安岭、东南沿海一带,就有成群的花岗岩分布。

安徽黄山多姿的奇观,就是花岗岩体经过漫长的地质构造运动形成的。在陕西华山,也可以看到花岗岩体被断裂切割成十分陡峭的地形,形成好像被斧头劈开一样笔直的百丈陡崖。

花岗岩如此坚硬耐磨,是因为组成它的矿物比较坚硬、结构致密。

花岗岩的种类比较多,按照所含的矿物种类可分为:黑云母花岗岩、白云母花岗岩、二云母花岗岩、角闪石花岗岩等;按照岩石的结构、构造可分为细粒花岗岩、中粒花岗岩、粗粒花岗岩、斑状花岗岩和片麻状花岗岩等。

花岗岩结构均匀,质地坚硬,颜色美观,因此是一种优质的建筑材料。但有些花岗岩含有放射性元素,能够对人体造成伤害,易使人患上不育症。

一般而言,碱性花岗岩含有放射性矿物较多。放射性矿物的特征,是具有鲜艳的颜色和油脂光泽等。

在选购石材时,最好不要用红色天然的花岗岩。不含放射性矿物的花岗岩,呈灰白色,颜色虽然不鲜艳,但为了安全起见,最好还是选择一些颜色较为暗淡的石材,或者选购人造花岗岩的板材。

玄武岩常形成广阔的台地,高原玄武岩是岩浆溢流形成的地貌景观。安山岩浆的黏度比玄武岩浆要大得多,不容易形成溢流,常喷发形成边坡比较陡的大型火山,比如世界着名的日本富士山、意大利维苏威火山。

我国黑龙江镜泊湖地区,有很多奇特的玄武岩景观,不仅是人们观光游览的好地方,而且也是认识和了解火山岩最好的一个天然课堂。

火山口森林,是景色之一。站在齐天亭上,俯视火山口,深达百余米,植物垂直分带现象很明显,因为深陷在地面之下,当地人把它称为地下森林。

漫步在这个天然公园里,我们随处可以见到岩浆流动时形成的流动构造。特别是在地形陡峭的地方,玄武岩浆流动速度加快而形成的熔岩“瀑布”。

保存完好的熔岩隧道,是很难得一见的又一火山景观,它好像石灰岩发育地区喀斯特地貌里的地下暗河,不过流的不是水,而是岩浆。

其形成过程也和喀斯特溶洞完全不同,它是由于靠近地表的玄武岩急速冷凝而成的,由于固结速度比较快,在地表形成一层硬壳。而下面的熔岩流,仍然具有较高的温度,仍然是熔体状态,遗留下来的熔体流动通道,就像一条人工隧道,有很大的空间。而在火山口的积水,则形成了美丽、辽阔、碧水如镜的火口湖,镜泊湖由此得名。

第五节浮石与火山灰

浮石,又叫轻石,是一种浅色的多孔的玻璃质岩石。它是岩浆喷发时由于压力急剧减小,内部气体迅速逸出膨胀而形成的。根据其喷发物的形状和大小,叫法上有所区别。从豆粒大小到蛋大小的叫火山渣,比豆小的叫火山灰。浮石是酸性火山岩,硬度为6,密度小,能漂浮于水面;保温隔热良好;多孔而间壁锋利。化学活性高,吸附性强,在水硬性激发剂的作用下,有明显水硬胶凝性质。

浮石的矿产用途很多,主要有以下几个方面:

(1)建筑材料:混凝土用作天然轻质骨料。如外墙板、楼板、屋面板,屋面保温层、隔热层;小型空心砌块;耐热混凝土;水泥活性混合材料;配制无熟料水泥;建筑物饰面材科;隔音保温材料。

(2)化学工业:磨粉作过滤剂、干燥剂和催化剂、石油化工中的分子筛储酶载体。

(3)塑料、填料工业:光学玻璃高级磨料、塑料抛光剂、橡胶填料、硬塑料填料、牙膏、肥皂及其他日用化工品填料。

(4)其他:杀虫剂载体、肥料控制剂、石油化工方面。

我国浮石资源十分丰富。北起黑龙江、南至海南岛的火山分布区,都有浮石矿产分布,以北方地区为多,质量较好,喷发年代较新。我国浮石资源,以玄武岩质浮石为主,流纹岩质浮石仅见长白山地区、安山岩质浮石较为少见,仅长白山天池有所发现。浮石火山灰是一种廉价的天然建筑材料,开发和利用程度,受世界各国工业发展水平和建筑工业的兴衰而变化。

当今世界建筑群体,风格各异、型式多样,不断向高层式多层次发展。要求现代建筑群体具有轻质高强、节能、抗震、风化、保湿、绝热、吸音、无毒和价廉的特点。浮石制品,可充分满足以上技术要求,是一种新型建筑材料。有些国家可供开发利用的天然建筑砂石材料面临枯竭,而浮石、火山灰等资源又贫乏,迫使其加速在国内找寻代用品,如加硅藻土、膨胀珍珠岩、黏土、页岩、炉渣、粉煤灰、塑料粉末等。上述材料的综合性能,不如浮石、火山灰和火山渣优良,而且加工费用较昂贵,应用到建筑上受到一定限制。而浮石、火山灰采掘简便,成本低廉,因而在世界各国建筑工业上得到普通应用。北美、西欧各国大量进口以满足国内建筑工业的需要。

浮石、火山灰的新用途不断发现,应用范围不断扩宽,如抛光、美容、洗涤、填料(化妆用品、装饰板、隔音油漆、膨松油漆)等作为特殊用途的产品。此外,在工业上的需求量也在不断增长。在数量上,建筑工业用浮石占绝对优势,但在价值上,工业用浮石、火山灰占优势。如洗涤用浮石,在英国每吨售价400英镑,其盈利幅度较高。许多厂家已转向生产这种高值产品。如美国东部地区从意大利进口的浮石,进行第二次加工出售,每吨售价大约220美元。

我国浮石资源极为丰富,除生产建材用浮石外,运用于研究和开发的工业级浮石,经深度加工大量出口,在国际市场上占有极大比例。