前段時間，英國網站LADbible報道了一個(ge) 很有趣的小新聞，說是美國的一個(ge) 地質學家邁克·鮑爾斯（Mike Bowers）發現了一塊好看的岩石，它被切開以後切麵形態與(yu) 美國兒(er) 童節目《芝麻街》中的餅幹怪獸(shou) 極為(wei) 相似。

形似餅幹怪獸(shou) 的岩石切片

這個(ge) “石頭”餅幹怪獸(shou) 其實是一種比較特殊的瑪瑙，因此它的形成過程與(yu) 我們(men) 常見的瑪瑙、玉髓一樣，簡單來講，它們(men) 都是由於(yu) 富含矽元素的地下熱水沉澱下來所形成的。

這其實是一種瑪瑙 圖/Mike Bowers視頻截圖

一、高溫熱液

瑪瑙絕大多數形成於(yu) 火山活動比較活躍的地方。在這裏，地下岩漿可能還沒有完全冷卻凝固，或者是地下岩漿距地表的距離比較淺，這些岩漿會(hui) 不斷加熱其上方的岩石，這樣就會(hui) 導致這裏地下岩層中的溫度比其他地方要稍高一些。一方麵從(cong) 岩漿中可能會(hui) 不斷析出一些高溫的水溶液，另一方麵地下高溫的岩石也會(hui) 不斷加熱地下水，這樣兩(liang) 個(ge) 因素的作用就讓這裏富含高溫地下熱水。如果這些熱水能夠噴出地表，就容易形成溫泉，比如我們(men) 大家都知道日本的溫泉非常有名，這就是因為(wei) 那裏的火山也很活躍。

溫泉形成過程 圖/網絡

此外，直接來自地下岩漿析出的高溫水溶液是一種富含礦物質的水溶液；而被加熱的地下水則很容易溶解岩石中的礦物質。這使得這些地下熱水其實是富含礦物質的熱水——地質學中稱之為(wei) 高溫熱液。

被加熱的地下熱水溶解岩石中的礦物質，這個(ge) 道理，可以用初中溶解度的概念來解釋：一般來講溫度越高，溶解度越高。當然，我們(men) 也可以做一個(ge) 身邊的小實驗，分別向一杯熱水和一杯冷水中導入食鹽，可以明顯發現熱水溶解的鹽的量要多很多。

在岩漿中，含量最多的礦物質元素其實是矽。目前地球上噴發的火山中，其岩漿中都含有豐(feng) 富的二氧化矽，根據岩漿具體(ti) 成分不同，二氧化矽的含量在45%-65%，甚至更高。直接從(cong) 岩漿中析出的高溫熱液，無疑是含有大量矽元素的。就算是岩漿冷卻形成岩石後，這些岩石中也含有大量的矽元素，一旦被加熱的地下水流經這些岩石，地下水中也會(hui) 溶解有相當的矽。這樣，在火山活躍地帶附近的高溫熱液就富含矽元素了。

地下熱液露出地表就形成了溫泉，溫泉就富含矽元素 圖/wikipedia

在有了矽質熱液之後，就隻需要兩(liang) 個(ge) 元素就能形成瑪瑙了：岩石空洞和時間。

二、岩石空洞

在火山活躍的地方，經常會(hui) 有火山噴發，這些火山間歇性噴發，形成厚厚的玄武岩岩層覆蓋在地表。其中一部分直接形成於(yu) 地表的玄武岩，有一個(ge) 很重要的特性：有大量空洞。

玄武岩中的大量空洞 圖/flickr

岩漿在從(cong) 火山口噴出以後，由於(yu) 壓力驟減，所以原本岩漿中的許多氣體(ti) 都會(hui) 往外跑，這些往外跑的氣體(ti) 就在岩漿內(nei) 部形成了一個(ge) 個(ge) 氣泡，這可能有點像岩漿版的汽水。

岩漿在冷卻時會(hui) 有大量氣泡析出 圖/BBC紀錄片截圖

但是岩漿在遇到空氣後，會(hui) 以很快的速度冷卻下來，所以有些氣泡在還沒來得及跑掉的時候就被冷卻的岩漿固定在了岩石中，這就造成了我們(men) 看到的玄武岩到處都是空洞，而且特別輕的特點。

當玄武岩形成後，富含矽質的地下熱液很快填滿玄武岩的空洞，這時候，瑪瑙的形成就開始了。

由於(yu) 玄武岩空洞多為(wei) 圓形或橢球形，因此許多瑪瑙也都是圓形或橢球形 圖/wikimedia

三、時間

玄武岩空洞中的矽質熱液形成瑪瑙是一個(ge) 非常長期的過程，可能需要幾十上百萬(wan) 年的時間。在這個(ge) 過程中，因為(wei) 溫度高的原因，所以矽質熱液的最初是矽元素過飽和的，很快這些過飽和的矽元素就會(hui) 集中在洞壁上，開始緩慢結晶，成為(wei) 極為(wei) 細小的石英纖維。

顯微鏡下，瑪瑙中的石英為(wei) 纖維狀 圖/uky.edu

而此時，熱液中的其他化學元素（比如鐵、鋅、錳、鈷、鎳等多種微量元素）會(hui) 與(yu) 石英纖維一起生長，在它們(men) 生長的過程中，它們(men) 會(hui) 均勻填充到石英纖維的縫隙間，形成環帶狀的結構。

同時，來自空洞之外的地下水也不斷緩慢補充到空洞中，但是此時時間可能已經過去了很久（數萬(wan) 年、數十萬(wan) 年或者是上百萬(wan) 年），所以地下水中的成分也發生了變化，這些成分中如果有某些能夠呈色的元素的話，那麽(me) 新補充進來的含礦熱液將會(hui) 使得瑪瑙的條帶變得色彩繽紛起來。

紅色顆粒為(wei) 赤鐵礦 圖/uky.edu

比如碳元素和錳元素會(hui) 讓瑪瑙呈現出黑色來，鈉元素和鈣元素則會(hui) 讓瑪瑙出現白色條帶，鋁、鎂、鐵等元素共同形成的綠泥石則會(hui) 讓瑪瑙出現綠色條帶，三價(jia) 鐵元素所形成的赤鐵礦或者是褐鐵礦則會(hui) 讓瑪瑙出現紅色條帶。

瑪瑙的五彩 顏色都來自於(yu) 各種呈色元素 圖/flickr

但是，隨著瑪瑙的長大，不斷填充了原本的空間，讓地下熱液越來越不容易補充進來，或者是地下熱液逐漸消失，又或者是地下熱液中的礦物質逐漸稀少，那麽(me) 瑪瑙將會(hui) 不再生長，這就會(hui) 導致空洞的形成。這就是我們(men) 見到的瑪瑙的形成原因。

空洞在瑪瑙中非常常見 圖/flickr

有時候，我們(men) 能夠見到一種名為(wei) 水膽瑪瑙的瑪瑙，這種瑪瑙內(nei) 部還有一些水被封了進去，這也正好證明了瑪瑙的形成確實與(yu) 水有關(guan) 係。

瑪瑙中的水膽 圖/youtube視頻截圖


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