地球是一颗岩石行星,地表分布着各种各样的石头。这些看似普通的石头,每一块都有自己的传奇故事,而这些故事都被记录在岩石的形成过程当中。
各种各样的石头
接下来的一个问题是:形成一块石头需要多长时间?很多人的第一反应是需要相当长的时间,比如数百万年。这么回答不能说错,因为有的石头确实需要很长时间才能形成,但也不能说对,因为很多岩石的形成并不需要这么长的时间。
想要回答“多长时间才能形成岩石”这个问题,首先要搞清楚岩石的类型。根据岩石的成因(当然你也可以自己随便选个角度对岩石进行分类),地质学家把岩石分为岩浆岩、沉积岩和变质岩。需要指出的是,不同成因类型的岩石,形成过程差异巨大。
正在冷却的岩浆
有的岩石形成时间很短,比如火山喷发出来的岩浆,在空气中冷却得很快,能够在几分钟之内就形成岩石。这种岩石被称为喷出岩,是岩浆岩的一种。那是不是说所有岩浆岩都形成得很快呢?答案是否定的。岩浆如果没有喷出地表,而是在地下缓慢冷却,这个过程相当漫长。因为岩浆上面也是岩石,是热的不良导体,热量散得很慢;另外一个原因是地球内部是热的,为岩浆持续不断地提供能量,导致其冷却速度非常慢,有时是几万年,长的时候可以达数百万年。这种情况下形成的岩石称为侵入岩。
侵入岩与喷出岩虽然同属于岩浆岩,但二者有很大的差别,差别之一是岩石中晶粒的大小:喷出岩因为冷却速度快,晶体来不及生长,所以矿物颗粒用肉眼经常看不见,而侵入岩因为冷却得足够慢,给晶体生长提供了充足的时间,所以其中的晶体颗粒有时候可以长得很大。
侵入岩中的矿物晶体(图中浅色矿物为正长石,拍摄自太原一家餐厅)
很多人心目中以为形成时间需要很长的其实是沉积岩。我们在野外看到的大多数沉积岩确实需要很长时间才能形成,一些沉积岩的形成原理很简单,就是一层一层的沉积物摞在一起,因为沉积物很重,再加上沉积物上面经常有水,在巨大的压力下,沉积物会变成岩层。这有点像压复合板:一些枯枝烂木头用液压机去压,就能变成板材。
沉积岩
那是不是说所有沉积岩都形成得很慢呢?答案也还是否定的。比如小编在野外看到过这样一块岩石(下图):一把勺子被嵌在岩石当中,说明这块岩石形成时间很短。也许有人会问,这会不会是把勺子扔在混凝土里形成的,因为混凝土也可以在很短的时间内形成。可以明确地告诉大家,图中是自然条件下形成的岩石,主要是由珊瑚碎块被钙这种元素胶结而成。不过,水泥凝固其实跟一些沉积物变成岩石是一个道理,都是矿物生长把碎块“粘”起来,一个明显的差别是固结的水泥不分层,而天然沉积岩大多会分层。
岩石里的不锈钢勺
上图是快速形成沉积岩的耗时“较短”的一个极端例子,沉积岩的形成其实还有另外一个极端,那就是耗时“极长”。小编曾经见到过三千万年还未固结成岩的沉积物,也见过胶结程度很低的数亿年的岩石。比如有些碳质页岩有机质含量很高,而且岩层极薄,用手一扒拉就会掉下来,这意味着有的沉积物可能永远也变不成坚硬的岩石。
说完岩浆岩和沉积岩,还有变质岩。从形成的持续时间来说,变质岩最简单,因为一块石头受到温度和压力的影响,只要发生了某种变化就算是形成了变质岩。由于变质作用的母岩本身就是岩石,所以从这个角度来说,变质岩可以形成得很快。但是,变质作用有时会持续数百上千万年,这种情况下形成岩石所需要的时间就非常长了。