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地质学家都想不到:宝石石榴石如何在流纹岩中形成?
2019-02-06 18:27 前瞻网   

在变质岩中找到深红色的像石榴籽一样嵌入其中的圆形石榴石晶体并不罕见。也不难看出为什么石榴石的名字来源于拉丁语,意为“像种子一样”。大部分人想到石榴石时,首先想到的都是深红色的石头。但石榴石可以是任何颜色,甚至可以是蓝色。不论颜色是什么,通常都需要高温高压的条件才能形成,但有一种特殊类型的石榴石却是例外。事实证明,石榴石的类型远比我们想象得还要丰富。今天,我们要了解的这一种连经验丰富的地质学家都会脱口而出的“这怎么可能?”

在岩浆岩中发现石榴石并不奇怪。但通常我们认为它们会先在高温高压的地下深处形成,然后随着上升的岩浆到达地面。形成捕获晶(xenocrysts)可能不太常见,但也不无可能。事实上,我们在各种火山岩中都发现了罕见的石榴石。在花岗岩和辉长岩等侵入岩中、在火山喷发会形成的几乎每一种熔岩中都发现过它们,比如玄武岩、安山岩、达克岩、流纹岩,甚至是粗面岩。其中一些是经过高温高压形成的,如铁铝榴石-镁铝榴石,同上升的岩浆一起到达地面。

但也有一些是不可能在下面形成的。乍一看,的确不大可能:大型、结构良好的晶体刚好占据着流纹岩熔岩和凝灰岩中的空隙。它们所处的地质体体现着相当快的冷却和低压条件。你会认为它们一定是捕获晶,和流纹岩有着完全不同的形成历史。

然而,仔细观察,很明显它们一定是在那些被称为石泡的空隙内形成的。它们被由浅灰色石英构成的闪闪发光的 “地毯”包围着,这些石英有时甚至会出现在晶体内部。它们不是嵌在壁上,而像是从上面长出来的。

石榴石如何在如此低压的环境中形成的?

这取决于锰的含量。

石榴石在低压下通常不稳定,这也是为什么通常不会在表面形成石榴石。像镁铝榴石和钙铝榴石这样品种的石榴石,其化学成分中含有镁或钙,在低压环境中是无法真正开始形成的。但另一种化合物锰铝榴石,其组分中含有锰,而锰则起到了至关重要的作用。有了它,石榴石可以在仅仅几千巴的压力下形成。

我们虽然仍不知道具体细节,但已经很好地勾勒出了大致轮廓。下面是如何在流纹岩中形成石榴石:

从喷发流纹岩的火山开始,流纹岩首先在700 - 900°C下变成液体或者炽热火山灰形成致密沉积物,也会形成一些气体。这些气体同加热了的地下水一起流出。它们会寻找连接处和裂缝,找到进入石泡的路径。水、氢和一氧化碳会继续流动,而铁和铝等金属以及其他可凝结的元素,会开始凝结成晶体。气温仍相对较高:一定是在600°C左右,因为石榴石的形成伴随着高温下的石英鳞石英的形成。在缓慢冷却的舒适的流动中,晶体开始形成,有的长达至少半英寸。鳞石英在深红色石榴石周围铺上一条闪闪发光的“地毯”,由于加入了一点铁元素,这条地毯又增添了一抹黑色。当它们冷却时,有时会断裂,鳞石英最终在裂缝中形成。

最后,当流动冷却后,你会看到一些壮观的铁铝榴石—锰铝榴石石榴石镶嵌着闪闪发光的鳞石英 (有时是低温石英)。我们从来没有想到会在隐藏在火山岩内部的空隙中发现这样的东西。

石榴石是一种真正非凡的宝石。这只是它众多有趣故事中的一个。

——Dana Hunter

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责任编辑: 3976DBC TO006

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