為什么在太陽系中只有地球才有花崗巖?
Why do Granites Only Form on the Earth in Our Solar System?
撰文丨吳福元
單位：中國科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所
太陽系是由包括地球在內(nèi)的九大行星所組成的, 其中地球以藍(lán)色的海洋和綠色的大地而區(qū)別于其他行星。從地球科學(xué)的角度來說, 地球還有很多區(qū)別于其他行星的地方, 其中花崗巖就是一例。
我們大家都很熟悉花崗巖, 它是地球上的一種重要巖石類型。我們很多的風(fēng)景區(qū)實(shí)際上就是花崗巖地貌, 如安徽的黃山 (圖1左)、九華山和天柱山、江西的三清山、山東的泰山與嶗山、遼寧的千山、陜西的華山等。我們很多的石材也是花崗巖的, 比如國家大劇院裝飾用的“夜玫瑰”(圖1右) 就是產(chǎn)于山西的一種花崗巖。當(dāng)然, 花崗巖還與眾多的礦產(chǎn)有聯(lián)系。我國華南鎢錫礦的形成就與花崗巖關(guān)系密切。實(shí)際上, 我們?nèi)祟愂褂玫脑S多金屬礦產(chǎn)都與花崗巖有關(guān)。
圖1 黃山花崗巖風(fēng)景(左)及著名花崗巖石材(右, 夜玫瑰)
照片來源：網(wǎng)絡(luò)資料
花崗巖呈現(xiàn)各種各樣的顏色, 并具有不同的特征。但從礦物學(xué)上來說, 它主要由淺色的以硅鋁為主要元素的長石 (包括斜長石和鉀長石)和石英組成, 含少量以鐵鎂為主要元素的云母與角閃石。地質(zhì)學(xué)家通過百余年的研究發(fā)現(xiàn), 花崗巖是組成地球大陸地殼的重要巖石類型; 而大洋地殼則與大陸地殼不同[1], 它主要由斜長石和鎂鐵質(zhì)含量高的輝石和橄欖石等暗色礦物組成, 在巖石類型上主要為玄武巖(噴發(fā)到地表的火山巖)和輝長巖(侵入到地下的巖漿巖)。那么, 為什么只有大陸上才有花崗巖呢?
要回答這一問題, 我們還需要了解花崗巖的形成過程。我們說, 地球是由內(nèi)部的地核、外部的地幔和表層的地殼所組成, 其中大陸地區(qū)地殼的平均厚度大約在40km左右[2]。地球在初始形成時(shí)并沒有地核、地幔和地殼之分, 但隨著地球的演化, 其內(nèi)部要發(fā)生熔融。由于地球的初始物質(zhì)是富鐵鎂的, 它的熔融只產(chǎn)生玄武質(zhì)巖漿, 形成類似于大洋成分的地殼，但當(dāng)玄武質(zhì)巖石再次發(fā)生熔融時(shí), 它就形成了以硅鋁為主要組分的花崗巖，花崗巖的密度要明顯小于玄武巖。這樣, 隨著地球上大洋板塊的俯沖, 密度較大的洋殼俯沖進(jìn)入地幔，而以花崗巖為主要組成的大陸便能長期保留下來。目前見到的大洋地殼，年齡都小于2億年, 而大陸地殼則可老至40億年。且隨著時(shí)間的進(jìn)行, 保存的大陸地殼又多次被熔融, 使其成分不斷向硅鋁質(zhì)增多的方向進(jìn)行,而殘留的鎂鐵質(zhì)物質(zhì)可以通過適當(dāng)方式返回地幔[3~5]。這種過程反復(fù)進(jìn)行,使地球的大陸地殼不斷向穩(wěn)定的方向發(fā)展?？梢哉f,花崗巖的多少是衡量地殼發(fā)育程度的重要巖石學(xué)標(biāo)志。
根據(jù)目前人類所掌握的資料,太陽系內(nèi)其他行星并沒有發(fā)現(xiàn)有花崗巖的存在；或者說,花崗巖是地球區(qū)別于太陽系內(nèi)其他行星的重要巖石學(xué)標(biāo)志。這一情形的出現(xiàn)實(shí)際上也是與這些行星的演化程度和歷史有關(guān)。正如前面敘述的那樣,花崗巖是地殼演化程度的巖石學(xué)指標(biāo), 正是由于這些行星的地殼演化程度較低,才沒有出現(xiàn)地球上出現(xiàn)的花崗巖。如月球,它是除地球以外人類研究較多的另外一個(gè)星體。
從月球隕石和月球返回的樣品發(fā)現(xiàn),月球上不存在花崗巖,或者說, 花崗巖極為少見。其主要原因是因?yàn)樵虑蛟诮?jīng)歷了早期的巖漿海階段后便“死寂”了,除了偶爾有隕石來訪外,月球上目前不存在什么地質(zhì)活動(dòng)。
其他天體不存在花崗巖的另一個(gè)重要原因是水。在所有的地質(zhì)過程中,水起著十分重要的作用，如果沒有水, 所有的巖石都很難發(fā)生熔融。而水加入到巖石中以后,可顯著降低巖石的熔點(diǎn),進(jìn)而使其發(fā)生熔融。所以,水是形成花崗巖必不可少的重要組分[6]。地球正是由于水的存在,才使大量花崗巖的出現(xiàn)成為可能,而這是其他星體所不具備的。那太陽系外的其他天體中是否也都不存在花崗巖呢?我們現(xiàn)在還不能給出確切的答案。但這一問題十分重要,因?yàn)橹挥醒莼墒斓奶祗w才有可能出現(xiàn)類似地球上的生命,而尋找到地球以外的生命一直是人類孜孜以求的夢(mèng)想。
（選自10000 個(gè)科學(xué)難題·地球科學(xué)卷）
參考文獻(xiàn)
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[3] Wedopohl K H.The composition of the continental crust. Geochim. Cosmochim. Acta,1995,69:1217?1232.
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[5] Gao S, Zhang B R, Jin Z M, Kern H, Luo T C, Zhao Z D. How mafic is the lower continentalcrust? Earth Planet. Sci. Lett., 1998, 161: 101?117.
[6] Campbell I H, Taylor S R. No water, no granites-no oceans, no continents. Geophys. Res. Lett.,1983, 10: 1061?1064.
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