岩石循环和岩石类型

地壳由三种主要岩石组成：沉积岩、火成岩和变质岩。每种岩石都通过不同的物理变化形成，例如熔化、冷却、侵蚀、压实和变形，这些都是岩石循环的组成部分。了解这些过程有助于我们深入了解我们星球的动态和不断变化的面貌。

岩石循环和岩石科学形成史

古代观察和早期理论

对岩石及其转化的理解可以追溯到古代文明。古希腊哲学家亚里士多德（公元前 384-322 年）观察并记录了自然过程，他认为岩石是在压力和热量下形成的。古罗马作家老普林尼（公元 23-79 年）在他的百科全书式著作《自然史》中也记录了各种岩石和矿物。

中世纪和文艺复兴时期的发展

虽然欧洲的科学进步在中世纪停滞不前，但阿拉伯学者如阿维森纳（公元 980-1037 年）保留甚至改进了希腊和罗马的地质知识。在中世纪，希腊和罗马的地质知识被中东学者如阿维森纳（公元 980-1037 年）所保留甚至有所改进。文艺复兴时期，自然科学重新受到关注。通过研究化石和沉积层，达·芬奇（1452-1519 年）为后来的地质思想奠定了基础。

现代地质学的早期概念

17 世纪和 18 世纪发生了显著的发展。丹麦科学家尼古拉斯·斯泰诺（1638-1686 年）首次提出了重要的地层概念，他还提出了叠覆律，即在未受干扰的岩层中，较老的层位于较年轻的层之下。斯泰诺的工作为理解沉积过程奠定了基础。

现代地质学的诞生

苏格兰地质学家詹姆斯·赫顿（1726-1797 年）常被称为“现代地质学之父”。在他 1788 年的开创性著作《地球论》中，赫顿提出了均变论，认为地球的地貌是经过漫长的地质时期，通过持续而均匀的过程形成的。他引入了岩石循环的概念，展示了岩石如何通过火成、沉积和变质过程不断地循环利用。

19 世纪：岩石循环概念的进步

19 世纪，查尔斯·莱尔（1797-1875 年）在他的著作《地质学原理》（1830-1833 年）中扩展了赫顿的思想，普及了均变论，并进一步巩固了岩石循环作为一个基本概念。莱尔的工作影响了查尔斯·达尔文和进化生物学的发展。

与此同时，亚伯拉罕·维尔纳和费迪南德·冯·里希特霍芬等科学家在矿物学和岩石学（岩石学）方面的进步，增进了对岩石分类和形成过程的理解。维尔纳是一位“海成论者”，他认为岩石形成于原始海洋，而里希特霍芬则强调火山活动的重要性。

20 世纪：板块构造的整合

20 世纪，随着板块构造理论被纳入地质研究，岩石循环的知识得到了革命性的发展。在 1960 年代板块构造理论发展起来后，继承了阿尔弗雷德·魏格纳大陆漂移的观点（1912 年），建立了一个理解地壳板块运动如何驱动岩石的形成和循环过程的框架。

约翰·图佐·威尔逊引入转换断层，以及哈里·赫斯和罗伯特·迪茨关于海底扩张的研究，对于板块构造理论作为一种连贯理论的发展至关重要。这一认识阐明了岩石循环、构造活动以及山脉形成之间的关系。

当代发展和未来方向

近几十年来，随着放射性测年和遥感等技术的进步，我们对岩石循环的理解得到了改进。这些工具使地质学家能够更准确地确定岩石的年龄并重建过去的地质环境。

岩石循环的研究现在整合了地球化学、地球物理学和计算机建模等跨学科方法，以预测地质过程和理解地球的过去。然而，岩石循环的观点，它强调了地球岩石圈的动态性和相互关联性，仍然是地质学的基本内容。

岩石科学的发展和岩石循环的历史是许多科学家几个世纪以来共同努力的成果。从史前观察到当代技术突破，岩石的形成、变化和循环的知识随着时间的推移而增长，为我们提供了地球动态过程的完整图景。这项持续的探索正在塑造地质学，为我们提供了对我们世界过去、现在和未来的见解。

沉积岩

除了沉积岩之外，火成岩和变质岩是地球上另外两种主要的岩石类型。它们是由生物物质或预先存在的岩石材料堆积、压实和胶结而成的。这个过程称为岩化作用，将松散的沉积物转化为坚硬的岩石。由于沉积岩通常具有层状结构，并且经常包含化石，因此它们可以提供关于地球过去和现在的重要信息。根据它们的来源和成分，它们被分为三个主要类别：碎屑岩、有机岩（生物岩）和化学岩。

1. 碎屑沉积岩

碎屑沉积岩是通过机械风化（风化作用）使预先存在的岩石破碎、搬运、沉积然后岩化作用而形成的。这些被称为碎屑的碎片通过冰、风和水输送，并沉积在各种地方，包括湖泊、河流、沙漠和海洋。

形成过程：岩石风化产生沉积物。侵蚀作用搬运沉积物，最终沉积在新区域。沉积物层随着时间的推移而堆积和埋藏。上层物质的重量挤压沉积物，地下水中沉淀的矿物质将颗粒胶结在一起，形成坚硬的岩石。

示例

• 砂岩：主要由沙粒组成，砂岩在海滩、沙漠和河床等环境中形成。
• 页岩：由细小的粘土颗粒组成，页岩在平静的环境中形成，例如深海海底或湖底。
• 砾岩：含有圆形的砾石大小的碎屑，在河流河道等高能环境中形成。

2. 有机（生物）沉积岩

有机沉积岩是由有机物质（主要是动植物残骸）的沉积和岩化作用形成的。这些岩石中存在化石及其在碳循环中的作用使它们值得注意。

形成过程：在沼泽、泥炭沼或海底等栖息地，有机物（如植物碎屑或贝壳碎片）堆积。这种有机物质长时间被埋藏并被压力压实，使其压实并改变化学成分，最终形成岩石。

示例

• 煤：由沼泽环境中堆积的植物材料形成，煤炭经历泥炭、褐煤、烟煤，最终变成无烟煤等阶段的转变。
• 石灰石：通常由珊瑚和贝类等海洋生物的骨骼残骸组成，石灰石在浅层温暖的海水中形成。它也可以通过水中碳酸钙的沉淀而形成。

3. 化学沉积岩

矿物质从溶液中沉淀出来形成化学沉积岩。这种沉淀可能发生在各种环境中，包括干涸的湖泊、温泉和海盆，在这些地方，溶解矿物质的浓度上升到结晶的程度。

形成过程：随着水的蒸发或温度或 pH 值的变化，溶解的矿物质从溶液中沉淀出来并积累成沉积物。随着时间的推移，这些沉积物被压实和胶结，形成坚硬的岩石。

示例

• 岩盐（食盐）：岩盐由氯化钠（食盐）组成，是在干旱气候下海水蒸发形成的。
• 石膏：与岩盐类似，石膏由含有硫酸钙的水蒸发形成。
• 燧石：由地下水中二氧化硅沉淀形成，燧石通常以结核或层状存在于其他沉积岩中。

沉积岩的重要性

了解地球的过去需要了解沉积岩。其中发现的化石提供了已灭绝生物及其生存环境的证据。沉积岩分层或层状保存了不同时期环境条件的变化。它们也是矿产、地下水和煤炭、石油和天然气等化石燃料的重要储存库。

让我们总结一下：沉积岩是一类多样的岩石，由岩化作用、堆积和矿物沉淀形成。它们分为化学岩、有机岩和碎屑岩，强调了它们形成的不同过程和生长环境。了解这些岩石有助于我们更好地理解地质过程和我们星球的过去。

1. 碎屑沉积岩：这类岩石，如砂岩，由其他岩石的碎屑或碎片组成。其形成始于暴露的岩石风化成更小的颗粒。然后侵蚀作用通过风、水、冰或生物活动将这些碎片输送到新的地点，在那里它们沉降。随着时间的推移，当更多的沉积物积累时，下层会发生压实作用，形成坚硬的岩石。
2. 有机沉积岩：例如煤，它是由植物、贝壳和骨骼等压缩的生物物质形成的。与碎屑岩类似，第一步是分解有机物质，然后将其输送到新的地点并沉积。数百万年来，积累的有机物被压缩成岩石。
3. 化学沉积岩：石灰石、岩盐和燧石等岩石通过化学沉淀形成。当富含溶解矿物质的水蒸发时，它会留下这些化合物，形成岩石。这个过程通常发生在水渗透到地壳中，溶解它遇到的岩石中的矿物质。当水蒸发时，矿物质会沉淀出来形成岩石。

变质岩

变质岩由原始岩石在强烈的热量或压力下发生转变而形成。它们分为两类：叶理化和非叶理化。

1. 叶理化变质岩：这些岩石由于矿物在定向压力下排列而呈现出层状或带状外观。例如，花岗岩，一种火成岩，在巨大压力下可以变成片麻岩。这个过程使花岗岩中长形和片状矿物排列，形成叶理结构。
2. 非叶理化变质岩：这些岩石不呈现层状外观，因为它们缺乏在压力下排列的矿物。例子包括由石灰石形成的变质岩——大理石，以及由砂岩形成的变质岩——石英岩。当岩浆侵入周围岩石时，也会形成非叶理化岩石，使其受到高温高压而不会导致叶理化。

火成岩

火成岩，源自拉丁语“火”一词，是由熔融物质冷却和凝固形成的。它们根据这个过程发生的地点进行分类：侵入性（深成岩）岩石形成于地表内部，而喷出性（火山岩）岩石形成于地表。外壳。

1. 侵入性火成岩：这类岩石，如花岗岩和闪长岩，是由在地下缓慢冷却的岩浆形成的。缓慢的冷却允许形成大的矿物颗粒，使这些岩石具有粗糙的质地。
2. 喷出性火成岩：相比之下，像玄武岩和黑曜石这样的岩石是由在地表快速冷却的熔岩形成的。快速冷却导致细粒质地。黑曜石，一种火山玻璃，冷却速度如此之快，以至于形成玻璃质地，其颗粒太小而无法用肉眼看到。

喷出岩还可以表现出多孔质地，其特征是由捕获的气泡形成的孔洞。浮石就是这类岩石的例子，其富含气体的熔岩快速冷却产生了多孔、轻质的结构。

岩石循环

岩石类型在地壳内部不断而动态的改变被称为“岩石循环”，这是一个关键的地质概念。这个循环展示了火成岩、变质岩和沉积岩在漫长的地质时期内的相互依存和持续的再循环。理解岩石循环有助于我们理解塑造地球外部和内部的机制。

• 沉积岩到变质岩

岩石碎片、矿物质和生物物质可能会堆积和冷凝，形成沉积物，然后沉积物变成沉积岩。这些沉积物经常沉积在湖泊、河流和海洋等水体中，形成层状。当底部的层随着时间的推移而承受更大的压力和胶结作用时，沉积岩就会形成。

当沉积岩被埋藏在地壳深处时，它们会暴露在高温和高压下。这个过程称为变质作用，它不会导致它们熔化，而是改变了矿物质的成分和结构。例如，这个过程可以将石灰石（一种沉积岩）变成大理石（一种变质岩）。矿物由于压力和温度的变化而重新结晶，产生更致密且通常更具美学价值的岩石。

• 变质岩到岩浆

如果变质岩持续受到高温，它们最终会升温到熔化点。这个熔化过程形成了地表以下的熔融岩石——岩浆。矿物晶体、溶解的气体和液态岩石的混合物形成岩浆，这是一种复杂的组合。导致这种熔化的热量可能来自地幔、放射性衰变或构造板块边界附近的摩擦加热。

• 岩浆到火成岩

当熔岩冷却并凝固在地表附近时，会形成火成岩。这个过程可以在地表形成喷出性火成岩，如浮石和玄武岩，或者在地表以下形成侵入性火成岩，如花岗岩，通常是火山爆发的结果。火山岩中晶体的大小取决于岩浆冷却的速度；快速冷却产生细粒或玻璃质地，而缓慢冷却则允许形成大的晶体。

• 火成岩到沉积岩

由于它们暴露在地表，火成岩会受到冰、水、风和生物的风化和侵蚀。风化作用将这些岩石分解成细小的颗粒，侵蚀作用将这些颗粒搬运到新的地方。随着时间的推移，这些颗粒堆积成沉积物，通过胶结作用和压实作用，它们可以再次形成沉积岩。

岩石循环的动态性

岩石循环不是一个简单的线性过程，而是一个复杂的路线网络，岩石可以沿着这些路线旅行。例如，暴露的火成岩的风化和侵蚀可能产生沉积物，然后这些沉积物可以变成沉积岩。之后，这种沉积岩可能会被抬升并再次被侵蚀，或者它可能会被埋藏并发生变质。同样，变质岩可以冷却变成火成岩，熔化生成岩浆，并最终分解成沉积物。

地球核心的热量和地表作用力，如板块构造、侵蚀和沉积，驱动着这个永无止境的循环。板块构造将岩石带入不同的压力和温度环境，这是岩石循环变化的关键因素。

岩石循环体现了不断改变我们世界的地质过程的动态性和相互关联性。它强调了由于内部和外部压力，物质在地壳内部是如何不断循环的。通过理解岩石循环，我们可以更多地了解地球的过去、它的地貌是如何形成的，以及塑造我们现在看到的各种地形的机制。这个循环强调了地球过程的相互关联性和复杂性，以及变化在地球地质体系中的永恒性。

结论

对沉积岩、变质岩和火成岩的研究揭示了控制地球岩石形成和转变的复杂过程。每种岩石类型都讲述了它形成时的条件的故事，为我们提供了对我们星球历史和结构的宝贵见解。理解这些过程不仅可以增进我们对地质学的了解，还可以强调地球本身动态和不断变化的面貌。