玄武岩屬於(yu) 地質學三大岩類（岩漿岩，沉積岩，變質岩）中的岩漿岩。漢語玄武岩一詞最初來源於(yu) 日語，因發現於(yu) 日本兵庫縣玄武洞而得名。玄武岩的主要礦物有基性長石和輝石，部分玄武岩中含有少量的橄欖石、角閃石和黑雲(yun) 母等礦物。我們(men) 身邊常見的玄武岩結構構造在日常生活中，我們(men) 會(hui) 看到有些老人用帶有氣孔的石頭對腳部進行按摩或者去除老繭，這會(hui) 促進足部的血液循環，有益健康。但是大家知道嗎？其實大部分的磨腳石就是玄武岩。

圖片來源：尹超

磨腳石上麵的氣孔是火山岩常見的一種構造，尤其是在玄武岩中。當富含氣體(ti) 的岩漿噴發到地表時，由於(yu) 壓力的降低，岩漿中的氣體(ti) 會(hui) 發生膨脹和逃逸。之後在岩漿凝固的過程中，原來氣體(ti) 所在的位置會(hui) 變成空洞，就像磨腳石上的氣孔。在一些玄武岩中我們(men) 還會(hui) 看到氣孔會(hui) 定向排列呈流動狀，這是岩漿噴發之後在流動的過程中氣孔受到擠壓變形導致的。同時，最常見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(men) 在電視或者書(shu) 上見過加利福尼亞(ya) 州東(dong) 部猛獁山的魔鬼岩柱堆，這是玄武岩另外一種常見的構造——柱狀節理。

魔鬼岩柱堆

第一眼看到這個(ge) 地質奇觀的時候，除了讚歎大自然的鬼斧神工外，我們(men) 腦海裏也許會(hui) 出現一個(ge) 疑問：平常的岩石都是一整塊或者脈狀的，為(wei) 什麽(me) 它像是被人工切割過似的？到底是什麽(me) 原因導致的呢？經過科學家的仔細觀察和研究，終於(yu) 了解了其中的奧妙。玄武岩岩漿在冷卻過程中，由於(yu) 溫度的快速降低，岩漿發生熱脹冷縮，熔岩頂部平坦的冷凝麵會(hui) 形成無數規則而又間隔排列的均勻收縮中心，進而產(chan) 生垂直於(yu) 收縮方向的張力裂隙，使得岩石發生規則劈裂，形成規則的六棱柱體(ti) ，當大量的六棱柱體(ti) 排列在一起，就形成了我們(men) 看到的壯觀場麵。

六邊形玄武岩柱狀節理

地球上典型的玄武岩大洋中脊玄武岩——大洋中脊擴張的產(chan) 物廣闊的海洋是無數生物得以棲息生活的家園，海洋總麵積約為(wei) 3.6億(yi) 平方公裏，約占地球表麵積的71%。當我們(men) 站在海邊，看著浩瀚無際的大海，往往會(hui) 產(chan) 生好奇，五彩繽紛的海洋世界底部是什麽(me) ？其實，除了河流匯入以及平常沉澱的沉積物以外，海洋的底部是被一層厚厚的玄武岩所覆蓋。海底玄武岩的出現其實是大洋中脊向外擴張的結果。

玄武質岩漿從(cong) 大洋中脊處產(chan) 生，圖中的大洋板塊都是玄武質的海洋也像人一樣經曆著誕生、成長和消亡三個(ge) 階段。在這個(ge) 過程當中，大洋中脊扮演著十分重要的角色，它就像傳(chuan) 送帶一樣源源不斷地向兩(liang) 邊輸送玄武岩，直到大洋最後消亡閉合。大洋中脊產(chan) 生的玄武岩稱為(wei) 大洋中脊玄武岩（Mid Ocean Ridge Basalt，MORB）。這種玄武岩為(wei) 地質學家研究板塊漂移和海洋的演化提供了重要的樣品基礎。洋島玄武岩——地幔柱作用的產(chan) 物夏威夷群島不僅(jin) 是旅遊度假勝地，同時島上還有經常噴發的活火山，每年有許多人為(wei) 了近距離觀察火山噴發來到這裏，這些火山噴發出的就是玄武岩岩漿。

為(wei) 了近距離觀察火山噴發的遊客

雖然地處廣闊的太平洋中部，但是這種玄武岩的產(chan) 生機製與(yu) 大洋中脊玄武岩是不同的。經過科學家長時間的研究，發現夏威夷玄武岩的產(chan) 生是地幔柱作用的結果。地幔柱這個(ge) 概念是威廉·傑森·摩根在1971年提出來的。他認為(wei) 地幔對流會(hui) 緩慢地將熱從(cong) 地核攜帶至地表，形成溫度較高的柱狀流，這個(ge) 巨大的熱柱底端和地幔底部甚至與(yu) 地核相連，頂端則由於(yu) 浮力的原因在上升過程中膨大成球狀，整體(ti) 就像有著細長柄的蘑菇。

地幔柱模型圖

當地幔柱的頂部上升到地球淺部時會(hui) 部分熔融，從(cong) 而產(chan) 生類似夏威夷的洋島玄武岩（Oceanic Island Basalt，OIB）。其實，地幔柱作用的產(chan) 物不光有夏威夷玄武岩，它在地球的好多地方都有蹤跡，那就是被地質學界廣泛研究的大火成岩省。大火成岩省以短時間內(nei) 巨量的岩漿噴發為(wei) 特征，岩漿的覆蓋麵積可以達到105平方千米，體(ti) 積可以達到105立方千米。大火成岩省的岩漿作用持續時間可以較長，能夠達到50個(ge) 百萬(wan) 年，但是75%的岩漿會(hui) 在1到5個(ge) 百萬(wan) 年內(nei) 噴發。這個(ge) 過程中產(chan) 生的岩漿最主要的成分就是玄武岩，通常玄武岩的量就是判斷大火成岩省的一個(ge) 標準。由於(yu) 在大火成岩省的形成過程中伴隨著大量的火山噴發，火山噴發會(hui) 產(chan) 生巨量的火山灰和有毒氣體(ti) ，因此，科學家認為(wei) 大火成岩省巨量的岩漿作用往往和生物大滅絕密切相關(guan) 。其中，關(guan) 於(yu) 二疊紀生物大滅絕的原因，科學家有兩(liang) 種解釋，第一種是隕石撞擊說。

隕石撞擊激起的巨量塵埃懸浮在空中遮天蔽日，會(hui) 使全球氣溫下降，同時又會(hui) 阻礙生物的光合作用，從(cong) 未使得整個(ge) 生態係統遭到嚴(yan) 重破壞。另外一種猜想就是大火成岩省岩漿作用導致的。

而且這個(ge) 大火成岩省就是位於(yu) 我國的峨眉山大火成岩省，因為(wei) 峨眉山大火成岩省的形成時間與(yu) 二疊紀晚期生物大滅絕十分吻合。關(guan) 於(yu) 這次的生物大滅絕的真相到底是什麽(me) ，還需要科學家進一步研究。嫦娥的月宮—月海玄武岩月亮，不管是在中國還是在西方世界，一直都是神話故事中的主角。從(cong) 人類有思想以來，一直對月球充滿著向往。由於(yu) 月球的自轉與(yu) 公轉的周期相等（稱為(wei) 潮汐鎖定），因此月球始終以同一麵朝向著地球。月球的正麵主要分布著大量的暗色玄武岩熔岩，它富含鐵和鈦，填充了的巨大撞擊坑，形成了廣闊的平原，稱為(wei) “月海”。從(cong) 1969年美國的阿波羅11號實現了人類首次載人登月以來，宇航員對月球開展了一些科學考察，其中主要的工作就是采集月球樣品。他們(men) 總共從(cong) 月球帶回了381.7千克樣品，其中最多的就是玄武岩樣品。

實驗室中的樣品

“阿波羅”登月工程采集的月海玄武岩的年齡為(wei) 38～32億(yi) 年，最古老的月海玄武岩的年齡為(wei) 42億(yi) 年，這些樣品為(wei) 研究月球的形成和演化提供了重要的物質基礎。（2020年底我國“嫦娥五號”帶回來的“月壤”又會(hui) 帶給人類什麽(me) 新發現呢？值得期待。）神奇壯觀的玄武岩景觀玄武岩瀑布世界最大的玄武岩瀑布—吊水樓瀑布，又稱鏡泊湖瀑布，是鏡泊湖景區的精華景點。

鏡泊湖吊水樓瀑布

它位於(yu) 鏡泊湖的出口處，由玄武岩構成陡峻的峭壁，湖水由上衝(chong) 瀉而下，形成一個(ge) 寬約40多米、落差12多米的瀑布。在冬季枯水期，瀑布會(hui) 消失不見，但是由於(yu) 長期的水流衝(chong) 刷和溶蝕作用，在玄武岩峭壁上形成的大小深淺不等的溶洞會(hui) 顯現出來，因此稱之為(wei) 吊水樓。冬季由於(yu) 天氣寒冷，玄武岩的峭壁上會(hui) 懸掛長長的冰柱，白色的冰柱和黑色的玄武岩交相呼應，場麵十分壯觀。

冬季的吊水樓瀑布相對於(yu) 地球的46億(yi) 年，鏡泊湖玄武岩的年齡十分年輕。鏡泊湖屬於(yu) 長白山山脈的一部分，景區北部分布著大小12個(ge) 火山口。這些火山從(cong) 一百萬(wan) 年前開始噴發，形成了一條長達百餘(yu) 裏的玄武岩台地。在距今4800年的時候，最後一次火山爆發產(chan) 生的玄武質熔岩和火山碎屑在如今鏡泊湖電站大壩附近匯集，並且在吊水樓附近形成一道玄武岩堰塞堤壩，堵塞了牡丹江河道及其支流，形成了世界最大的火山熔岩堰塞湖—鏡泊湖。玄武岩石柱漳州濱海火山國家地質公園作為(wei) 濱海火山地質地貌風景旅遊區，位於(yu) 台灣海峽西岸、福建省漳州市漳浦縣前亭鎮濱海一帶。公園內(nei) 有兩(liang) 座由玄武岩組成的火山島嶼，分別是林進嶼和南碇島。其中，林進嶼是一個(ge) 由玄武岩組成的似橢球形島嶼，島上還存在一個(ge) 形成於(yu) 2000多萬(wan) 年前的古火山口，古火山口附近廣泛分布著火山噴氣口群和鉚釘狀氣孔柱群。南碇島則是由140多萬(wan) 根巨型柱狀節理玄武岩組成，是世界上擁有最多柱狀玄武岩的濱海火山島，這些玄武岩石柱高於(yu) 海平麵20～50米，從(cong) 海底冒出直插雲(yun) 霄，令人歎為(wei) 觀止。

漳州濱海火山國家地質公園

從(cong) 普通觀賞石到高新纖維材料雖然玄武岩是日常生活中一種常見的岩石，但是相信很多人都不知道玄武岩經過特殊手段處理後，能夠變換形態成為(wei) 一種泛著金屬光澤的高性能纖維材料—玄武岩纖維。玄武岩石料粉末在1450℃～1500℃熔融後，經過澄清冷卻和均質化之後再利用鉑銠合金拉絲(si) 漏板高速拉製而形成連續纖維。這些纖維的直徑大約為(wei) 7~20微米。雖然隻有頭發絲(si) 粗細的三分之一，但是它的強度是同等直徑鋼纖維的兩(liang) 倍，而且比合金更耐腐蝕，同時能夠承受500攝氏度的高溫。玄武岩纖維經過特殊處理可以像棉花一樣織成布用來製作防護服。

玄武岩纖維

圖片來源：太平洋航天中心網

同時，還可以將玄武岩纖維和高分子基體(ti) 采用特定的工藝製成增強複合材料，用來製造坦克、艦船、飛機的外殼。值得一提的是，作為(wei) 一種天然的石頭，它是由二氧化矽、氧化鋁、氧化鈣、氧化鎂、氧化鐵和二氧化鈦等氧化物組成，因此在製造玄武岩纖維的過程中基本沒有有害物質排出，對環境汙染很小。我國玄武岩資源十分豐(feng) 富，甘肅、黑龍江、新疆、山西、四川等地均分布有大量的玄武岩礦產(chan) 資源。雖然玄武岩纖維技術出現僅(jin) 僅(jin) 二三十年，世界各國對該技術的應用都處於(yu) 初期探索階段。但是相信在不久的將來，玄武岩纖維會(hui) 在我們(men) 的日常生活中起到十分重要的作用。

部分圖片來源：作者、圖蟲網、全景網

本文首發於(yu) 《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 丹地球雜誌
自然資源文化與(yu) 地球科學傳(chuan) 播融媒體(ti)


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