巖石
巖石是天然產(chǎn)出的具穩(wěn)定外型的礦物或玻璃集合體,按照一定的方式結(jié)合而成.是構(gòu)成地殼和上地幔的物質(zhì)基礎(chǔ).按成因分為巖漿巖、沉積巖和變質(zhì)巖.其中巖漿巖是由高溫熔融的巖漿在地表或地下冷凝所形成的巖石,也稱火成巖；沉積巖是在地表?xiàng)l件下由風(fēng)化作用、生物作用和火山作用的產(chǎn)物經(jīng)水、空氣和冰川等外力的搬運(yùn)、沉積和成巖固結(jié)而形成的巖石；變質(zhì)巖是由先成的巖漿巖、沉積巖或變質(zhì)巖,由于其所處地質(zhì)環(huán)境的改變經(jīng)變質(zhì)作用而形成的巖石.
地殼深處和上地幔的上部主要由火成巖和變質(zhì)巖組成.從地表向下16公里范圍內(nèi)火成巖和變質(zhì)巖的體積占95%.地殼表面以沉積巖為主,它們約占大陸面積的75%,洋底幾乎全部為沉積物所覆蓋.
巖石學(xué)主要研究巖石的物質(zhì)成分、結(jié)構(gòu)、構(gòu)造、分類命名、形成條件、分布規(guī)律、成因、成礦關(guān)系以及巖石的演化過(guò)程等.它屬地質(zhì)科學(xué)中的重要的基礎(chǔ)學(xué)科.
十八世紀(jì)末巖石學(xué)從礦物學(xué)中脫胎出來(lái)而發(fā)展成一門獨(dú)立的學(xué)科.在巖石學(xué)發(fā)展的初期,主要研究的是火成巖,到了十九世紀(jì)中葉才開始系統(tǒng)地研究變質(zhì)巖,而沉積巖直到二十世紀(jì)初才引起人們的注意.目前巖石學(xué)正沿著巖漿巖石學(xué)、沉積巖石學(xué)和變質(zhì)巖石學(xué)三個(gè)主要的分支方向發(fā)展.
古老巖石都出現(xiàn)在大陸內(nèi)部的結(jié)晶基底之中.代表性的巖石屬基性和超基性的火成巖.這些巖石由于受到強(qiáng)烈的變質(zhì)作用已轉(zhuǎn)變?yōu)楦缓G泥石和角閃石的變質(zhì)巖,通常我們稱為綠巖.如1973年在西格陵蘭發(fā)現(xiàn)了同位素年齡約38億年的花崗片麻巖.1979年,巴屯等測(cè)定南非波波林帶中部的片麻巖年齡約39億年左右.
加拿大北部的變質(zhì)巖—阿卡斯卡片麻巖是保存完好的古老地球表面的一部分.放射性年代測(cè)定表明阿卡斯卡片麻巖有將近40億年的年齡,從而說(shuō)明某些大陸物質(zhì)在地球形成之后幾億年就已經(jīng)存在了.
最近,科學(xué)家在澳大利亞西南部發(fā)現(xiàn)了一批最古老的巖石,根據(jù)其中所含的鋯石礦物晶體的同位素分析結(jié)果,表明它們的“年齡”約為43億至44億歲,是迄今發(fā)現(xiàn)的地球上最古老的巖石樣本,根據(jù)這一發(fā)現(xiàn)可以推論,這些巖石形成時(shí),地球上已經(jīng)有了大陸和海洋.在地球誕生2億至3億年后,可能并不象人們所認(rèn)為的那樣由熾熱的巖漿所覆蓋,而是已經(jīng)冷卻到了足以形成固體地表和海洋的溫度.地球的圈層分異在距今44億年前可能就已經(jīng)完成了.
目前在中國(guó)發(fā)現(xiàn)的最古老巖石是冀東地區(qū)的花崗片麻巖,其中包體的巖石年齡約為35億年.
澳大利亞西部Warrawoona群中的微化石在形態(tài)結(jié)構(gòu)上比較完整.它們究竟是藍(lán)藻還是細(xì)菌目前尚難確定.通常認(rèn)為,早期疊層石是藍(lán)藻建造的,疊層石是藍(lán)藻存在的指示.如果35億年前就已經(jīng)出現(xiàn)藍(lán)藻,則說(shuō)明釋氧的光合作用早就開始了,這便引出一個(gè)問(wèn)題：為什么直到20億年前大氣圈才積累自由氧呢?從35億年前到20億年前中間相隔15億年之久,為什么氧的積累如此緩慢?對(duì)此當(dāng)然有不同的解釋.例如近年來(lái)已經(jīng)發(fā)現(xiàn)疊層石也可能完全由光合細(xì)菌建造,或甚至由非光合細(xì)菌建造.
最古老生命存在的間接證據(jù)中較重要的是格陵蘭西部條帶狀鐵建造(BIF)和輕碳同位素.如果證據(jù)成立,則由此可推斷在38億年前的地球上已經(jīng)出現(xiàn)進(jìn)行釋氧光合作用的微生物,即類似藍(lán)藻的生物.根據(jù)Cloud的解釋,BIF是由光和微生物周期性地釋氧而引起亞鐵氧化為高價(jià)鐵沉積下來(lái)的.輕碳同位素也是光合作用的間接證據(jù).但反對(duì)的意見認(rèn)為,BIF形成所需的氧可以通過(guò)大氣中的水分子的光分解來(lái)提供,而輕碳同位素可能來(lái)自碳酸鹽的熱分解.
疊層石是前寒武紀(jì)未發(fā)生變質(zhì)的碳酸鹽沉積中最常見的一種“準(zhǔn)化石”,是由原核生物所建造的有機(jī)沉積.這種疊層狀的生物沉積構(gòu)造是由于藍(lán)藻等低等微生物在其生命活動(dòng)中,通過(guò)沉積物的捕獲和膠結(jié)作用發(fā)生周期性的沉積作用而形成的.根據(jù)Walter(1983)的統(tǒng)計(jì),在澳大利亞、北美和南非三個(gè)不同大陸的11個(gè)地點(diǎn)發(fā)現(xiàn)了太古宙疊層石,其年齡都在25億年以上. 晚元古代是地史上疊層石最繁盛的時(shí)期,其分布廣泛、形態(tài)多樣.后生動(dòng)物出現(xiàn)以后疊層石驟然衰落.寒武紀(jì)至泥盆紀(jì)疊層石數(shù)量和分布范圍有限.泥盆紀(jì)以后疊層石只是殘存.現(xiàn)代海相疊層石只分布在澳大利亞、中美洲、中東等地的少數(shù)地區(qū)特殊環(huán)境中.
隕石是太陽(yáng)系內(nèi)小天體的珍貴標(biāo)本,為研究太陽(yáng)系的起源、演化和生命起源提供了寶貴的線索和資料.球粒隕石中不僅含有氨基酸,還有烴類、乙醇和其他可能形成保護(hù)原始細(xì)胞膜的脂肪族化合物.對(duì)生命起源的研究有較大意義.生物化學(xué)家David.W.Dreamer用默奇森隕石中得到的化合物制成了球形膜,這些小泡提供了氨基酸、核苷酸和其他有機(jī)化合物以及進(jìn)行生命開始所必需的轉(zhuǎn)變環(huán)境.也就是說(shuō),當(dāng)隕石撞擊地球時(shí),產(chǎn)生形成生命所需的有機(jī)物及必需的環(huán)境.和生命起源于彗星的理論一樣,這是一種新的天外起源說(shuō).另外,康奈爾大學(xué)的C.Hyba指出,撞擊也可以用其它方式提供生命所需的原材料,來(lái)自一次隕石撞擊的熱和沖擊波可以在原始大氣中激發(fā)起合成有機(jī)化合物的化學(xué)反應(yīng).
隕石是降落到地球表面的小塊行星際物質(zhì)撞入地球大氣圈后尚未被燒盡的流星體的殘片.在晴朗的夜晚,可以看到一線亮光劃過(guò)夜空,瞬間消失.這些彌漫在宇宙空間中的星際塵埃,如果被地球的引力捕獲便形成隕星；當(dāng)它們以極快的速度進(jìn)入地球大氣圈時(shí)與大氣發(fā)生摩擦、生熱、發(fā)光,一部分殘留下來(lái)落到地表就成為隕石.如果隕石在空中爆炸后象下雨一樣降落,就稱為隕石雨.1976年3月8日,我國(guó)吉林省降落過(guò)一次世界罕見的隕石雨,完整的隕石有100余塊,重2噸多,其中最大的一塊重達(dá)1770公斤,是世界上最大的石隕石.隕石來(lái)自星際空間,在1969年阿普羅11號(hào)在月球著陸并將月巖帶回地球以前,隕石是人們能直接加以觀察的唯一的外來(lái)天體.
近代史上最驚人的隕石墜落事件是1908年的通古斯事件.當(dāng)時(shí)在前蘇聯(lián)西伯利亞通古斯方圓800公里的范圍內(nèi),都可見到了火光；在100公里范圍內(nèi),都聽到了轟隆巨響；在50公里范圍內(nèi),高大樹木全部被燒毀.很多人推測(cè)這次事件與隕石墜落有關(guān),但奇怪的是至今沒有找到隕石碎塊.因此成為世界著名的“通古斯之謎”,吸引了許多中外科學(xué)家前往這個(gè)地區(qū)進(jìn)行考察和研究.
隕石可分為三類：石隕石、石鐵隕石和鐵隕石.其中以石隕石最多,約占94%.同位素年齡測(cè)定隕石的年齡約為46億年.
石隕石：密度為3-3.5克/立方厘米.由硅酸鹽礦物橄欖石、輝石、少量斜長(zhǎng)石和金屬鐵的微粒組成.可分為球粒隕石和無(wú)球粒隕石,前者含有直徑為1-2毫米大小的隕石球粒,它是熔融物質(zhì)快速冷凝的產(chǎn)物.這種結(jié)構(gòu)在地球上從未發(fā)現(xiàn)過(guò).可能是在太陽(yáng)系形成初期原始行星物質(zhì)被原始太陽(yáng)的高溫熔化后,在脫離太陽(yáng)時(shí)迅速冷卻而形成的.因此,玻璃質(zhì)球粒的成分就反映了太陽(yáng)系形成初期原始行星的成分.
石鐵隕石：密度約5.6-6克/立方厘米,由鐵鎳和硅酸鹽礦物組成.
鐵隕石：密度約8-8.5克/立方厘米.大約由80%-95%的金屬鐵和5%-20%的鎳組成.