歷史地質學/岩漿岩
在這篇文章中，我們將研究岩漿岩：它們是什麼以及如何分類。
岩漿岩是由熔岩冷卻和固化形成的岩石。它們分為兩大類
- 侵入岩是由地下熔岩冷卻形成的岩石。地下熔岩被稱為岩漿。
- 噴出巖是由地表熔岩形成的岩石，被稱為熔岩。
岩漿岩可以透過它們的結構和化學成分進行進一步識別和分類，這將在本文的以下兩個部分中介紹。
一個普遍規律是，快速結晶形成小的晶體，而緩慢結晶形成大的晶體。這是因為結晶是一個動力學過程：要使一個分子加入晶體，它必須撞擊晶體，然後與之對齊。
岩石的熱性質使得地下冷卻的岩漿比地表冷卻的熔岩冷卻速度慢。因此，透過觀察岩石的結構，我們可以瞭解它的冷卻方式：侵入岩是粗粒的；噴出巖是細粒的。
有時，熔岩從火山噴發時力量很大，會飛到空中，導致它凝固的速度非常快，以至於沒有時間形成晶體，形成一種稱為玻璃的非晶態固體。窗玻璃是人工玻璃，透過快速冷卻熔融二氧化矽製成；天然玻璃的例子包括黑曜石和浮石。
偶爾，岩漿在地表以下開始冷卻，然後噴發到地表；在這種情況下，它將具有斑狀結構，少數較大晶體（斑晶）嵌入更細粒的基質中。
對岩漿岩化學成分進行分類的最簡單方法是根據其含有的二氧化矽量。
二氧化矽含量高的岩漿岩被稱為長英質巖，而二氧化矽含量低的岩漿岩被稱為基性巖。您會記得，這些是用於高二氧化矽和低二氧化矽礦物的相同術語；事實上，長英質岩石將包含長英質礦物，基性岩石將包含基性礦物。
根據二氧化矽含量對岩石進行分類很方便，因為岩漿岩的化學成分通常處於一個連續體上，因此如果您知道岩漿岩中二氧化矽的比例，您就可以說出它包含哪些礦物。執行此操作的規則可以用右側的圖表表示。請注意，這僅適用於岩漿岩，不適用於沉積岩或變質岩。
要閱讀該圖表，請沿著圖表的底部查詢岩石的二氧化矽含量：然後，從該點向上直接畫一條線，它將穿過岩石中包含的礦物及其相對比例。因此，例如，如果我們告訴你一塊岩石含有 50% 的二氧化矽，那麼你就可以從圖表中看到它大約含有 5% 的橄欖石、75% 的輝石，剩下的 20% 將是富含鈣的斜長長石。
該圖將岩石型別劃分為相當粗略的類別。可以進行更細緻的區分：例如，我們可以將花崗閃長巖放在花崗岩和閃長巖之間，作為一種二氧化矽含量介於花崗岩和閃長巖之間的岩石型別；或者我們可以將榴輝巖放在橄欖岩的右側，以表示那些由純橄欖石組成的岩石。但是，我們提出的劃分足以滿足我們目前的目的。重要的是讀者要認識到，無論我們對圖表施加什麼劃分，它們都是任意的：長英質岩石和超基性岩石之間存在一個連續體。
此外，當我們沿著連續體從長英質到超基性觀察時，岩石的密度逐漸增加；它們的熔點更高；並且它們在熔融時的粘度更低。這是我們從長英質礦物到超基性礦物時看到的相同進展，並且是長英質岩石由長英質礦物組成，而基性岩石由基性礦物組成的事實的結果。
我們也許應該在圖表中新增關於科馬提巖（噴出超基性岩）存在的一點說明，因為一些教科書從這樣的圖表中完全省略了它。今天從未觀察到科馬提巖的形成：當超基性岩漿從地球熾熱的內部上升到其涼爽的表面時，它將在接近地表之前降至其熔點以下，形成橄欖岩，即科馬提巖的侵入式對應物。因此，科馬提巖只存在於年代超過 25 億年的岩石中，這與地質學家認為地球在那時更熱的信念一致。
右側的圖表顯示了由岩漿岩形成的一些構造。黑色代表岩漿岩；其他顏色代表沉積岩。
由於這是一個剖面圖，因此可能略微具有誤導性。讀者應該記住，裂縫是地表上的裂縫；我們已經從正面顯示了它。類似地，從裂縫中噴出的熔岩流將是熔岩層；而岩脈不是一塊尖刺狀的岩石，而是一塊垂直或接近垂直的岩石層。岩床同樣是水平的岩石層。
最後一句話需要稍微說明一下。在圖表中，我們已經顯示了岩石層是平坦的，除了巖株周圍（圖表上的專案 (6)），因此我們已經顯示了岩床是水平構造。但是，岩石層可以透過構造活動進行摺疊。當岩床侵入這樣的岩石時，它會侵入岩石層之間（這是岩床的定義），因此它本身也會發生扭曲。
當我們考慮地層學和交叉關係時，我們將更多地談論岩漿岩構造，但現在，這個簡短的介紹就足夠了。
我們怎麼知道岩漿岩是岩漿岩？就像地質學中的所有其他事物一樣，這在某個時刻必須得到證明：事實上，曾經存在一個被稱為“海王星論”的思想體系，它斷言（除其他事項外）花崗岩是沉積岩。
對於噴出巖，答案是顯而易見的：我們可以看到玄武岩（例如）在熔岩流冷卻時形成：因此它肯定可以作為噴出巖形成。但它也不能作為侵入岩漿巖形成，因為在這種情況下，由於隔熱，它不能快速冷卻以產生細粒結構，並且這種情況的物理學將決定形成輝長岩，而不是玄武岩。
由於我們可以實際觀察玄武岩的形成，我們可以對其進行進一步推斷。當玄武岩在水下冷卻（潛水員觀察到）時，它會形成被稱為**枕狀玄武岩**的獨特形狀，而在陸地上形成時則不會出現這種情況。這個標準讓我們可以區分陸地和海底形成的玄武岩；這一推斷得到了枕狀玄武岩與海洋沉積岩相關的證實。
但侵入岩呢？以花崗岩為例，它是最常見的侵入性火成岩。如果我們對它的形成方式完全正確，我們就永遠不應該看到它形成。那麼我們如何知道它是如何形成的呢？
事實上，我們從未看到它形成，這是它是一種侵入性火成岩理論的預測之一，因此它傾向於證實該理論。我們沒有看到花崗岩或類似花崗岩的沉積物透過地表過程形成；除了它是在地下形成的，我們還能得出什麼結論呢？
其次，正如我們所觀察到的，花崗岩與流紋岩具有相同的化學成分，只是在結構上有所不同。現在，我們知道較大的晶體在冷卻速度較慢時形成，而且岩石與空氣或水的熱特性會導致地下冷卻速度較慢，因此我們必須得出結論，花崗岩正是我們應該看到的，如果形成流紋岩的岩漿在噴出到地表時改為在地下冷卻。
透過顯微鏡仔細觀察它的結構，可以證實其形成的火成岩性質。右邊的圖片是花崗岩的顯微照片。注意晶體，無論其形狀多麼奇怪，它們是如何完美地結合在一起的。我們可以將它與沉積岩（如砂岩）的結構進行比較，它們明顯是由非互鎖顆粒膠結在一起形成的。
然後我們可以考慮侵入岩形成的構造。很難想象，像岩脈這樣東西是如何形成的，岩脈，正如上面解釋的那樣，是一塊垂直或近乎垂直的岩石板，除了岩漿侵入先前存在的岩石中的裂縫外，它不可能透過任何其他過程形成。
最後，我們可以注意到，花崗岩侵入的岩石通常會發生我們期望的變化，如果它們曾暴露在高溫下；例如，當花崗巖侵入一層石灰岩時，緊鄰花崗岩的石灰岩會變成大理石。這表明花崗岩本身曾經處於高溫狀態，隨後冷卻下來，這與它是侵入性火成岩的理論一致。
基於這些原因，我們可以得出結論，花崗岩是一種侵入性火成岩；類似的評論可能適用於其他被歸類為侵入性火成岩的岩石。
詞彙說明
[edit | edit source]火成岩有時被稱為**原生巖**，噴出巖有時被稱為**火山岩**，侵入岩有時被稱為**深成岩**。我們不會在這本書中使用這些術語，只是為了那些希望繼續閱讀的讀者而提及這一點。
我們描述為細粒和粗粒的岩石也分別被稱為**隱晶質**和**顯晶質**。這些術語在地質學家中相當常用，但我將堅持使用更自明的術語。
最後，就像矽酸鹽礦物有時被錯誤地稱為“酸性”、“鹼性”和“超鹼性”而不是長英質、鎂鐵質和超鎂鐵質一樣，火成岩也是如此；就像礦物一樣，我不打算使用這些術語，因為它們已經過時且具有誤導性。