“鳞次栉比”这个词经常用来形容那些有规律、有一定规模的东西,如城市整洁的街道、高楼大厦等。但是,如果用它来描述地质中的柱状节理现象,它会显得太单薄。柱状节理是一种神奇的自然景观,难以用语言来描述。
在地质学上,节理是指岩石在自然条件下形成的裂缝或裂缝,两侧的岩石没有明显的位移。所谓柱状节理,是指岩石呈柱状或拼接状,柱体横截面呈四边形、五边形、六边形甚至七边形,这些柱体紧密排列在一起的地质现象。
柱状节理分布于世界七大洲。人类探测器也在火星和金星等行星上发现了柱状节理。一般来说,它们都是火山作用的产物。
巨人之路和魔*塔
巨人之路
在英国北爱尔兰安特里姆平原的边缘,在一个玄武岩悬崖下,沿海大约有4万个巨大的柱子组成了贾恩茨考斯韦角。这些大小均匀的玄武质岩柱聚集成绵延数公里的堤坝,被誉为世界自然奇迹。这一奇迹是由第三纪持续喷发的火山所创造的:一股玄武岩熔岩从地面喷涌而出,冷却收缩后形成六边形或四边形或五边形棱柱体。
巨人之路,又称“巨人堤”或“巨人角”,起源于爱尔兰民间传说。其中之一是通往巨人的道路是由爱尔兰巨人芬·麦库尔建造的。他一个接一个地把柱子搬到海里,这样他就可以去苏格兰和芬恩盖尔作战了。随着堤道接近完工,麦库尔决定休息一下。与此同时,他的对手,芬恩盖尔,正穿越爱尔兰来估量一下他的对手。结果,芬·盖尔和睡着的麦库尔撞到了一起。他被对手的巨大身躯吓坏了。麦库尔的妻子骗芬·盖尔说,熟睡中的巨人其实只是麦库尔的孩子。听到这话,芬·麦库尔更是慌了:麦库尔的小孩都如此巨大,麦库尔自己应该是什么样的巨人。他匆匆赶回苏格兰,沿途摧毁了麦库尔修建的堤道。这就是为什么堤道的残余物仅限于安特里姆海岸。
关于巨人之路的另一种说法是,爱尔兰皇家陆*司令巨人芬·麦库尔(FinnMcCulley)曾经在与苏格兰巨人的一场战斗中捡起一块石头朝逃跑的对手扔去。当石头掉到海里,它就变成了今天的大岛。后来,他爱上了住在内赫布里底群岛的巨人女孩。为了欢迎她,他修建了这样一条堤道。各种传说无疑增加了巨人之路的神秘感。
魔*塔
在美国西部怀俄明州东北部,在贝尔福斯河附近郁郁葱葱的山丘上,矗立着一块巨大的圆柱形岩石,这是美国著名的国家景点之一——魔*塔。年,美国在这里建立了第一个国家公园。
魔*塔是万年前火山喷发形成的。
还有一个关于这个地方的传说。在古代,当七个女孩和她们的兄弟在附近玩耍时,男孩突然变成一只熊,追着女孩。七个女孩躲起来爬上了岩石,岩石开始长得很高。熊想追上他们,于是他爬上岩石,熊在岩石上留下爪痕。女孩站在不断增高的岩石顶上,最后变成了星星,也就是著名的北斗七星。
近年来,爬魔*塔在美国已成为一项非常流行的运动。魔*塔周围环绕着各种攀岩路线,其中一些路线举世闻名,极具挑战性。当地独特的地质现象也受到影视名人的青睐。美国著名导演斯皮尔伯格执导的电影《第三类接触》曾把魔*塔视为外星人的聚集地。
世界上有许多著名的柱状节理,包括以色列/叙利亚戈兰高地的六角形水池、意大利的巨岛、韩国济州岛的柱状节理带、苏格兰斯塔法岛的手指洞、亚美尼亚语的甘尼山谷、印度孟买的吉尔伯特山,加利福尼亚的魔*石柱桩,冰岛的斯卡法菲德国家公园,这些柱状节理以其规模之大而闻名。
我国的柱状节理
中国火山资源丰富。吉林省长白山天池火山、云南腾冲火山、黑龙江省五大连池火山都是著名的活火山;黑龙江省镜泊湖火山、吉林省龙岗火山、内蒙古阿尔山火山、琼北火山等
此外,火山岩广泛分布于我国其他省区,如浙江省、四川省峨眉山地区、福建省漳州等地,地质学家在这些火山岩中还发现了大量柱状节理。
云南省腾冲县龙川河沿岸的玄武岩柱状节理,被当地人形象地称为“神柱”。总面积2平方公里,是迄今为止我国发现的最奇特、保存最完整的柱状节理群之一,对研究火山岩浆生成和地质构造具有重要的科学价值。
腾冲县雅梧山存在熔融凝灰岩柱状节理。如果说“神柱”因其规模宏大、气势雄伟而闻名于世,那么雅乌山熔融凝灰岩柱状节理与其他地方有很大的不同。它们小巧精致,雕梁画柱,宛如孔雀开屏。
关于柱状节理的科学研究
柱状节理的早期发现历史尚未完全了解,只能从神话传说中寻找答案。然而,从现代文字记载中,我们可以发现柱状节理成因的探索过程。关于柱状节理最早的科学讨论可以追溯到17世纪:巨人之路的报告最早出现在英国皇家学会。从那时起,人们开始探索这个不可思议的,高度自组织和对称的地质景观。后来,这种独特的地质构造在世界各地被发现。
早在18世纪,玄武岩柱状节理的成因一直存在争议。年,瓦茨提出“熔融岩浆围绕一系列独立的中心凝固,形成一个巨大的塑性球体。当这些球体受到挤压时,它们将形成典型的六边形对称。年,Marley提出柱状节理是由冷却熔岩热收缩引起的应力引起的,这一观点很有说服力。此后,地质学家们用各种模型解释了这种自然现象的成因,形成了两种主要观点——冷却收缩理论和对流理论。
冷却收缩学说
这一成因观点是基于玄武岩凝缩过程中岩体的破裂,考虑到物理环境和凝析面的发育。
一般认为理想的柱状节理来自熔岩流的两个凝结面:一个是顶部凝结面,另一个是底部凝结面。从柱状节理的纵剖面分析,熔岩的热损失是从中心到顶部和底部,而熔岩流的冷却方向是从顶部和底部到中心。随着冷却过程的进行,连续的节理面从顶部和底部形成,指向熔岩流的中心,并在熔岩流的中下部汇合。其次,通过对熔岩流横截面的分析,发现在熔岩流冷却过程中,凝结面上会形成许多收缩中心。体积收缩使岩石材料聚集到固定的内部中心,从而产生垂直于等温线方向的纵向拉伸裂缝。这些裂缝切割岩体,形成多面体圆柱体。岩石内部结构均匀时,收缩中心间距相等,呈等腰三角形排列。因此,通过形成°相交的接合面来释放每个方向上的相等拉应力。这些张性节理切割岩体,形成正六面体柱。但在实际的自然环境中,柱状节理的形成受多种外部因素的影响,岩石内部是非均质的,会导致收缩面与收缩中心之间的距离拉长或缩短,形成不规则的柱状断面。
我们知道,泥浆干燥后形成的泥浆裂缝也是由收缩引起的。许多地质学家将泥裂缝与柱状节理类比,以了解柱状节理的形成机理。在冷却收缩理论的早期,人们试图比较这两种现象。这种冷却收缩理论在玄武岩柱状节理的形成机制中起主导作用。许多学者通过自己的实践观察和实验对其进行了修正,使之更加完善。
对流学说
年,索斯曼提出这些柱状体的成因是六边形对流单元系统的产物。他还用蜡或油脂在平板上做实验。19世纪70年代,双扩散对流假说诞生:当液体内部温度不均匀且存在温度梯度、成分不均匀且存在浓度梯度时,这两种扩散机制(热扩散和溶质扩散)将导致双对流扩散现象。在熔融玄武岩岩浆中,热是一种扩散机制,化学成分也是一种扩散机制。年,坎塔提出了柱状节理“双扩散对流”的成因机制,并以魔*径柱状节理的岩石化学分析数据为佐证,提出了“熔岩指”的概念并加以阐述。这一假设表明,熔融玄武岩内部的化学成分存在微小差异,从而导致许多“熔岩指”的形成。指状流是一种复杂的流变现象。在熔岩不断冷却的过程中,“熔岩指”之间形成应力状态,从而形成我们看到的柱状节理。
在家“创造”柱状节理
事实上,柱状节理并不神秘。在你自己的厨房里,你可以“创造”柱状关节。加拿大多伦多大学的非线性实验小组将玉米淀粉和水的比例为50:50的混合物放入咖啡杯中,并将混合物长时间暴露在强光下(这可能需要持续暴露长达一周),直到它变干。在这个实验中,水起到了供热的作用。当实验者小心地打破杯中的物质时,一个奇迹出现在核心:一个减少了倍的“淀粉板”柱状关节诞生了!实验结果与玄武岩柱状节理形态非常相似。实验室宣布他们发现了玄武岩中柱状节理的成因。当然,这一结果与真实的玄武岩柱状节理仍有差距,但这已经足够令人兴奋了。
在上面,我们参观了地球上一些具有代表性的柱状节理的壮丽景观,了解了柱状节理形成过程的相关科学原理,甚至人工“再现”了这些奇迹。然而,科学探索无止境,柱状节理还有许多谜团有待解开。