玄武巖屬于地質(zhì)學(xué)三大巖類(lèi)（巖漿巖，沉積巖，變質(zhì)巖）中的巖漿巖。漢語(yǔ)玄武巖一詞最初來(lái)源于日語(yǔ)，因發(fā)現于日本兵庫縣玄武洞而得名。玄武巖的主要礦物有基性長(cháng)石和輝石，部分玄武巖中含有少量的橄欖石、角閃石和黑云母等礦物。我們身邊常見(jiàn)的玄武巖結構構造在日常生活中，我們會(huì )看到有些老人用帶有氣孔的石頭對腳部進(jìn)行按摩或者去除老繭，這會(huì )促進(jìn)足部的血液循環(huán)，有益健康。但是大家知道嗎？其實(shí)大部分的磨腳石就是玄武巖。

圖片來(lái)源：尹超

磨腳石上面的氣孔是火山巖常見(jiàn)的一種構造，尤其是在玄武巖中。當富含氣體的巖漿噴發(fā)到地表時(shí)，由于壓力的降低，巖漿中的氣體會(huì )發(fā)生膨脹和逃逸。之后在巖漿凝固的過(guò)程中，原來(lái)氣體所在的位置會(huì )變成空洞，就像磨腳石上的氣孔。在一些玄武巖中我們還會(huì )看到氣孔會(huì )定向排列呈流動(dòng)狀，這是巖漿噴發(fā)之后在流動(dòng)的過(guò)程中氣孔受到擠壓變形導致的。同時(shí)，最常見(jiàn)的構造不光有氣孔構造，還有繩狀構造和枕狀構造。

繩狀構造

枕狀構造

我們在電視或者書(shū)上見(jiàn)過(guò)加利福尼亞州東部猛犸山的魔鬼巖柱堆，這是玄武巖另外一種常見(jiàn)的構造——柱狀節理。

魔鬼巖柱堆

第一眼看到這個(gè)地質(zhì)奇觀(guān)的時(shí)候，除了贊嘆大自然的鬼斧神工外，我們腦海里也許會(huì )出現一個(gè)疑問(wèn)：平常的巖石都是一整塊或者脈狀的，為什么它像是被人工切割過(guò)似的？到底是什么原因導致的呢？經(jīng)過(guò)科學(xué)家的仔細觀(guān)察和研究，終于了解了其中的奧妙。玄武巖巖漿在冷卻過(guò)程中，由于溫度的快速降低，巖漿發(fā)生熱脹冷縮，熔巖頂部平坦的冷凝面會(huì )形成無(wú)數規則而又間隔排列的均勻收縮中心，進(jìn)而產(chǎn)生垂直于收縮方向的張力裂隙，使得巖石發(fā)生規則劈裂，形成規則的六棱柱體，當大量的六棱柱體排列在一起，就形成了我們看到的壯觀(guān)場(chǎng)面。

六邊形玄武巖柱狀節理

地球上典型的玄武巖大洋中脊玄武巖——大洋中脊擴張的產(chǎn)物廣闊的海洋是無(wú)數生物得以棲息生活的家園，海洋總面積約為3.6億平方公里，約占地球表面積的71%。當我們站在海邊，看著(zhù)浩瀚無(wú)際的大海，往往會(huì )產(chǎn)生好奇，五彩繽紛的海洋世界底部是什么？其實(shí)，除了河流匯入以及平常沉淀的沉積物以外，海洋的底部是被一層厚厚的玄武巖所覆蓋。海底玄武巖的出現其實(shí)是大洋中脊向外擴張的結果。

玄武質(zhì)巖漿從大洋中脊處產(chǎn)生，圖中的大洋板塊都是玄武質(zhì)的海洋也像人一樣經(jīng)歷著(zhù)誕生、成長(cháng)和消亡三個(gè)階段。在這個(gè)過(guò)程當中，大洋中脊扮演著(zhù)十分重要的角色，它就像傳送帶一樣源源不斷地向兩邊輸送玄武巖，直到大洋最后消亡閉合。大洋中脊產(chǎn)生的玄武巖稱(chēng)為大洋中脊玄武巖（Mid Ocean Ridge Basalt，MORB）。這種玄武巖為地質(zhì)學(xué)家研究板塊漂移和海洋的演化提供了重要的樣品基礎。洋島玄武巖——地幔柱作用的產(chǎn)物夏威夷群島不僅是旅游度假勝地，同時(shí)島上還有經(jīng)常噴發(fā)的活火山，每年有許多人為了近距離觀(guān)察火山噴發(fā)來(lái)到這里，這些火山噴發(fā)出的就是玄武巖巖漿。

為了近距離觀(guān)察火山噴發(fā)的游客

雖然地處廣闊的太平洋中部，但是這種玄武巖的產(chǎn)生機制與大洋中脊玄武巖是不同的。經(jīng)過(guò)科學(xué)家長(cháng)時(shí)間的研究，發(fā)現夏威夷玄武巖的產(chǎn)生是地幔柱作用的結果。地幔柱這個(gè)概念是威廉·杰森·摩根在1971年提出來(lái)的。他認為地幔對流會(huì )緩慢地將熱從地核攜帶至地表，形成溫度較高的柱狀流，這個(gè)巨大的熱柱底端和地幔底部甚至與地核相連，頂端則由于浮力的原因在上升過(guò)程中膨大成球狀，整體就像有著(zhù)細長(cháng)柄的蘑菇。

地幔柱模型圖

當地幔柱的頂部上升到地球淺部時(shí)會(huì )部分熔融，從而產(chǎn)生類(lèi)似夏威夷的洋島玄武巖（Oceanic Island Basalt，OIB）。其實(shí)，地幔柱作用的產(chǎn)物不光有夏威夷玄武巖，它在地球的好多地方都有蹤跡，那就是被地質(zhì)學(xué)界廣泛研究的大火成巖省。大火成巖省以短時(shí)間內巨量的巖漿噴發(fā)為特征，巖漿的覆蓋面積可以達到105平方千米，體積可以達到105立方千米。大火成巖省的巖漿作用持續時(shí)間可以較長(cháng)，能夠達到50個(gè)百萬(wàn)年，但是75%的巖漿會(huì )在1到5個(gè)百萬(wàn)年內噴發(fā)。這個(gè)過(guò)程中產(chǎn)生的巖漿最主要的成分就是玄武巖，通常玄武巖的量就是判斷大火成巖省的一個(gè)標準。由于在大火成巖省的形成過(guò)程中伴隨著(zhù)大量的火山噴發(fā)，火山噴發(fā)會(huì )產(chǎn)生巨量的火山灰和有毒氣體，因此，科學(xué)家認為大火成巖省巨量的巖漿作用往往和生物大滅絕密切相關(guān)。其中，關(guān)于二疊紀生物大滅絕的原因，科學(xué)家有兩種解釋?zhuān)谝环N是隕石撞擊說(shuō)。

隕石撞擊激起的巨量塵埃懸浮在空中遮天蔽日，會(huì )使全球氣溫下降，同時(shí)又會(huì )阻礙生物的光合作用，從未使得整個(gè)生態(tài)系統遭到嚴重破壞。另外一種猜想就是大火成巖省巖漿作用導致的。

而且這個(gè)大火成巖省就是位于我國的峨眉山大火成巖省，因為峨眉山大火成巖省的形成時(shí)間與二疊紀晚期生物大滅絕十分吻合。關(guān)于這次的生物大滅絕的真相到底是什么，還需要科學(xué)家進(jìn)一步研究。嫦娥的月宮—月海玄武巖月亮，不管是在中國還是在西方世界，一直都是神話(huà)故事中的主角。從人類(lèi)有思想以來(lái)，一直對月球充滿(mǎn)著(zhù)向往。由于月球的自轉與公轉的周期相等（稱(chēng)為潮汐鎖定），因此月球始終以同一面朝向著(zhù)地球。月球的正面主要分布著(zhù)大量的暗色玄武巖熔巖，它富含鐵和鈦，填充了的巨大撞擊坑，形成了廣闊的平原，稱(chēng)為“月?！?。從1969年美國的阿波羅11號實(shí)現了人類(lèi)首次載人登月以來(lái)，宇航員對月球開(kāi)展了一些科學(xué)考察，其中主要的工作就是采集月球樣品。他們總共從月球帶回了381.7千克樣品，其中最多的就是玄武巖樣品。

實(shí)驗室中的樣品

“阿波羅”登月工程采集的月海玄武巖的年齡為38～32億年，最古老的月海玄武巖的年齡為42億年，這些樣品為研究月球的形成和演化提供了重要的物質(zhì)基礎。（2020年底我國“嫦娥五號”帶回來(lái)的“月壤”又會(huì )帶給人類(lèi)什么新發(fā)現呢？值得期待。）神奇壯觀(guān)的玄武巖景觀(guān)玄武巖瀑布世界最大的玄武巖瀑布—吊水樓瀑布，又稱(chēng)鏡泊湖瀑布，是鏡泊湖景區的精華景點(diǎn)。

鏡泊湖吊水樓瀑布

它位于鏡泊湖的出口處，由玄武巖構成陡峻的峭壁，湖水由上沖瀉而下，形成一個(gè)寬約40多米、落差12多米的瀑布。在冬季枯水期，瀑布會(huì )消失不見(jiàn)，但是由于長(cháng)期的水流沖刷和溶蝕作用，在玄武巖峭壁上形成的大小深淺不等的溶洞會(huì )顯現出來(lái)，因此稱(chēng)之為吊水樓。冬季由于天氣寒冷，玄武巖的峭壁上會(huì )懸掛長(cháng)長(cháng)的冰柱，白色的冰柱和黑色的玄武巖交相呼應，場(chǎng)面十分壯觀(guān)。

冬季的吊水樓瀑布相對于地球的46億年，鏡泊湖玄武巖的年齡十分年輕。鏡泊湖屬于長(cháng)白山山脈的一部分，景區北部分布著(zhù)大小12個(gè)火山口。這些火山從一百萬(wàn)年前開(kāi)始噴發(fā)，形成了一條長(cháng)達百余里的玄武巖臺地。在距今4800年的時(shí)候，最后一次火山爆發(fā)產(chǎn)生的玄武質(zhì)熔巖和火山碎屑在如今鏡泊湖電站大壩附近匯集，并且在吊水樓附近形成一道玄武巖堰塞堤壩，堵塞了牡丹江河道及其支流，形成了世界最大的火山熔巖堰塞湖—鏡泊湖。玄武巖石柱漳州濱?；鹕絿业刭|(zhì)公園作為濱?；鹕降刭|(zhì)地貌風(fēng)景旅游區，位于臺灣海峽西岸、福建省漳州市漳浦縣前亭鎮濱海一帶。公園內有兩座由玄武巖組成的火山島嶼，分別是林進(jìn)嶼和南碇島。其中，林進(jìn)嶼是一個(gè)由玄武巖組成的似橢球形島嶼，島上還存在一個(gè)形成于2000多萬(wàn)年前的古火山口，古火山口附近廣泛分布著(zhù)火山噴氣口群和鉚釘狀氣孔柱群。南碇島則是由140多萬(wàn)根巨型柱狀節理玄武巖組成，是世界上擁有最多柱狀玄武巖的濱?；鹕綅u，這些玄武巖石柱高于海平面20～50米，從海底冒出直插云霄，令人嘆為觀(guān)止。

漳州濱?；鹕絿业刭|(zhì)公園

從普通觀(guān)賞石到高新纖維材料雖然玄武巖是日常生活中一種常見(jiàn)的巖石，但是相信很多人都不知道玄武巖經(jīng)過(guò)特殊手段處理后，能夠變換形態(tài)成為一種泛著(zhù)金屬光澤的高性能纖維材料—玄武巖纖維。玄武巖石料粉末在1450℃～1500℃熔融后，經(jīng)過(guò)澄清冷卻和均質(zhì)化之后再利用鉑銠合金拉絲漏板高速拉制而形成連續纖維。這些纖維的直徑大約為7~20微米。雖然只有頭發(fā)絲粗細的三分之一，但是它的強度是同等直徑鋼纖維的兩倍，而且比合金更耐腐蝕，同時(shí)能夠承受500攝氏度的高溫。玄武巖纖維經(jīng)過(guò)特殊處理可以像棉花一樣織成布用來(lái)制作防護服。

玄武巖纖維

圖片來(lái)源：太平洋航天中心網(wǎng)

同時(shí)，還可以將玄武巖纖維和高分子基體采用特定的工藝制成增強復合材料，用來(lái)制造坦克、艦船、飛機的外殼。值得一提的是，作為一種天然的石頭，它是由二氧化硅、氧化鋁、氧化鈣、氧化鎂、氧化鐵和二氧化鈦等氧化物組成，因此在制造玄武巖纖維的過(guò)程中基本沒(méi)有有害物質(zhì)排出，對環(huán)境污染很小。我國玄武巖資源十分豐富，甘肅、黑龍江、新疆、山西、四川等地均分布有大量的玄武巖礦產(chǎn)資源。雖然玄武巖纖維技術(shù)出現僅僅二三十年，世界各國對該技術(shù)的應用都處于初期探索階段。但是相信在不久的將來(lái)，玄武巖纖維會(huì )在我們的日常生活中起到十分重要的作用。

部分圖片來(lái)源：作者、圖蟲(chóng)網(wǎng)、全景網(wǎng)

本文首發(fā)于《地球》2020年第10期，有刪節修訂

作者：劉秉翔 劉丹

責編｜李宏博
排版｜溫宜妮
審核｜劉 丹地球雜志
自然資源文化與地球科學(xué)傳播融媒體


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