第一节岩石知识
对于我们人类来说，岩石并不陌生。当人类进化到新石器时代时，我们的祖先就开始用石头作为生产生活的工具，与大自然作斗争，科研人员在考古中发现大量存在于那个时代的石器。由此可见，从新石器时代开始，人类就已经开始认识和利用岩石了。
岩石，是地球的重要组成部分。高山上有岩石，小河中也有岩石，在路旁我们也能看到岩石，岩石在地球上几乎是无所不在。岩石是由矿物组成的，少数岩石只由一种矿物组成，但大部分岩石都是由多种矿物聚集而成的。虽然我们看到的岩石是千奇百怪的，但它是地球馈赠给人类最精美的物品。
1．地球上最古老的岩石
地球上最古老的岩石是火成岩，这些岩石由于受到强烈的变质作用，已转变为含绿泥石和角闪石的变质岩，因此我们称之为绿岩。
1973年在西格陵兰，发现了同位素年龄约38亿年的花岗片麻岩。
1979年，测定南非波波林带中部的片麻岩年龄约39亿年左右。
在加拿大发现的阿卡斯卡片麻岩，是保存比较完好的古老地球表面的一部分。通过放射方法测定，阿卡斯卡片麻岩有将近40亿年的年龄，也说明某些大陆物质，在地球形成之后几亿年的时间里，就已经存在了。
近来科学家在澳大利亚西南部，发现了一批最古老的岩石，根据其中所含的锆石矿物晶体的同位素分析结果，表明它们的“年龄”约为43亿~44亿岁，是迄今地球上发现的最古老的岩石样本，根据这一发现可以推断，这些岩石形成时，地球上已经有了大陆和海洋。而地球的圈层分异，在距今44亿年前，可能就已经完成了。
目前在中国境内发现的最古老岩石，是冀东地区的花岗片麻岩，其中包体的岩石年龄约为35亿年。我们发射的“嫦娥一号”月球探测卫星，于2007年11月21日获取了一幅危海与丰富海东部的月陆图像，高差3000~4000米。月陆是月球上最古老的单元，形成年龄比地球上最古老的岩石(约38亿年)和月海玄武岩(31亿~39亿年)都要老，多达42~43亿年。
2．岩石与生命的起源
在前面我们已经说过，冀东地区的花岗片麻岩，是目前中国发现的最古老的岩石，其中有些岩石的年龄约为35亿年。澳大利亚微生物化石群发现于含层状叠层石中，通常认为，叠层石是蓝藻存在的依据。如果在35亿年前就已经出现蓝藻，则说明释氧的光合作用早就开始了，这便引出一个问题：为什么直到20亿年前，大气圈才积累自由氧呢？从35亿年前到20亿年前，中间相隔15亿年之久，为什么氧的积累如此缓慢？对于这一问题说法各不相同。例如近年来已经发现，叠层石也可能完全由光合细菌建造，或甚至由非光合细菌建造。
根据有关部门的统计，在澳大利亚、北美和南非3个不同大陆的11个地点，发现了太古宙叠层石，其年龄都在25亿年以上。晚元古代，是地史上叠层石最繁盛的时期，其分布广泛、形态多样。
后来生物出现以后，叠层石骤然衰落。寒武纪至泥盆纪叠层石数量和分布范围有限。泥盆纪以后，叠层石只是残存。现代海相叠层石，只分布在澳大利亚、中美洲、中东等地的少数地区特殊环境中。
据天文学家估计，月球表面溅落有8百万吨的地球岩石碎片，采集和研究这些岩石碎片，极有可能为争论已久的地球和生命起源之谜找到正确的答案。
据推算，地球表面的岩石，不超过39亿年历史，而且经历了风雨侵蚀和大陆漂移后，原先的岩石结构发生了巨大变化，这是造成对地球生命起源之争无定论的原因之一。然而，月球上的情况却大不一样。自月球诞生以来，唯有行星“光顾”过，至今仍保持一片“净土”。太阳系形成后，彗星和小行星撞击地球、火星和金星的事件不断发生。比如，发生在约29亿年前的“晚近的重撞击”陨石事件。
西雅图华盛顿大学的约翰·阿姆斯壮教授打比喻说，月球见证了所有发生的一切陨石碰撞事件。
伦敦皇家学院从事陨星研究的菲尔·布兰德教授认为，陨石高速撞击月球表面后，遗留下比沙粒大的碎片极少，但碎片所含物质元素，却完整地保存下来。由此可见，月球之旅是非常有必要的。
溅落在月球表面的地球岩石的碳元素成分，或许能揭示碳元素是否曾支配过早期的生命。
3．神秘的天外飞石
每当夜晚我们便会看到美丽的夜景。有时仰望天空，会看到滑过天际的流星，这就是陨石。我们看到的这一现象被称为陨石坠落。
陨石的形成，有着特殊的原因，或是星球爆炸、崩裂，或是飞出的宇宙尘埃，或是星球两两碰撞下来的碎块……当它们闯入地球大气层内时，由于高速飞行和大气的摩擦作用而燃烧消融，到达地球表面时，已变成了黑黝黝、沉甸甸的石头，这就是我们通常所说的陨石。
陨石，黑色，无光泽，表面不光滑，看起来并不漂亮。当南极考察队员采集南极石作纪念时，一般不找陨石；然而对于地球化学家和宇宙学家来说，陨石却是珍贵的科学样品。
陨石之所以珍贵，在于它们来之不易。这些来自遥远太空的星球碎片，经过漫长旅途坠落地球表面时，极易石沉大海，难觅踪迹。
陨石之所以珍贵，还在于它们是“价廉物美”的科学样品。试想一下，要从其他星球取回样品，需动用宇宙飞船，其耗资之巨大，令人惊叹！阿波罗宇宙飞船登月，耗资亿万巨资，才仅仅从月球正面（或称月球的近边）采集了300多千克月球表面的样品，仍然不能取得从地球表面不能看见的月球背面（或称月球远边）的样品。
可是，要是能从地球表面收集到月球或其他星球的陨石，所需费用显然要少多了。事实表明，南极大陆地区，由于它是未开垦的处女地，陨石保存最为完好。例如，从南极大陆发现的陨石中，有9块陨石样品来自月球，称月球陨石；更为珍贵的是，其中有8块来自月球背面的陨石。最为珍贵的，还有两块在南极发现的陨石，是来自火星的火星陨石，这对于研究火星的演变历史以及揭开火星上是否存在生命的科学之谜，具有重大意义。目前看来，要到火星上采集样品，比上月球采集更难、更耗资巨大。
陨石之所以珍贵，也在于类似一种从地球上发射到太空，并可回收的宇宙空间探测器。实际上，当陨石从行星际空间降落到地球以前，在它运行的途中，容易受到太阳风、宇宙和银河中宇宙射线的作用，陨石与之相碰撞后，陨石上便会留下有关宇宙空间辐射线和粒子辐射通量的信息。经过分析化验，即可测定陨石的宇宙射线暴露年龄和陨石落地后的地球年龄，以及行星际空间宇宙射线和太阳风的强度。很显然，这与耗费巨资研制一种宇宙空间探测器相比，既经济实惠，又可行。
陨石之所以珍贵，还因为它们是最古老的岩石。宇宙化学的主要任务之一是确定太阳系内固体物质的演化年代。有许多陨石的结晶年龄，大致为45~46亿年，接近于太阳系行星形成的年龄，而地球上最古老的岩石年龄，大约只有38亿年，这自然更有利于确定太阳系内固体物质的演化年代。
总之，陨石之所以珍贵，主要在于它们“价廉物美”地提供了地球以外各星球的早期历史资料和信息。它们不仅提供太阳系内的若干信息，还能提供太阳系以外的物质同位素组成的重要信息。地球化学家们在分析一种碳质球时，发现氧同位素异常。据此，科学家们推测，在这种陨石聚集过程中，有太阳系以外的物质加入，它可能是太阳系附近超新星的爆发而并入于太阳系内的。
4．地球上的岩石圈
从18世纪开始，科学考察深入地下，通过地震波记录获得的地球物理资料，从而揭示出固体地球是由不同圈层构成的。人们认识到，地球不是一个均质体，地球在其曲折动荡的46亿年里，形成了一套包括地核、地幔和地壳在内的复杂系统。地球圈层分为地球外圈和地球内圈两部分。地球外圈有大气圈、水圈、生物圈和岩石圈四个部分；地球内圈进一步划分为地幔圈、外核圈和内核圈三个基本圈层。此外在地球外圈和地球内圈之间，还存在一个软流圈，它是一个过渡圈层，位于地面以下平均深度约150千米处。岩石圈、软流圈和地球内圈一起构成了固体地球。
岩石圈，包括地壳和上地幔的上部。
岩石圈厚度不一，大洋部分在洋中脊的最新部分，只有6～8千米，最老部分则有100千米；大陆岩石圈厚一些，大都在100～400千米之间。岩石圈厚度和地球的半径比较，几乎可以忽略不计。由于地壳和上地幔顶部都是由岩石组成的，所以地质学家们把它们统称为岩石圈。
地壳是地球表面的构造层，只占地球体积的0.8%。按其性质可分大陆地壳和大洋地壳。地壳和地幔之间，以莫霍面分界。大陆地壳一般厚度为33～35千米。我国青藏高原，是世界上地壳厚度最大的地区之一，平均厚度达70千米。大陆地壳覆盖地球表面的45％，硅铝质化学组成是其特点。大洋地壳极薄，从上到下由三部分组成：海洋沉积物层，平均厚度约300米(洋中脊附近几乎为零)；镁铁质火成岩层以玄武岩和辉长岩为主，厚度为1.7±0.8千米；海洋层主要是地幔顶部水化作用形成的蛇纹岩，厚度为4.8±1.4千米。
洋壳的厚度、年龄随距洋中脊的距离加大、变厚、变老。洋壳和陆壳在岩石组成上最明显的区别，在于大洋地壳中，至今没有发现花岗岩层，而在大陆地壳中，花岗岩体却大面积分布。
地幔是位于地球金属地核之外的巨厚硅酸盐圈层，占地球体积的82%。地幔由于受到放射性同位素衰变的加热，引起地幔内部的大规模物质对流，通常认为板块运动，就是由这一对流而引起的。
地幔与地核的分界面，为古登堡面。地幔厚约2800千米，分为上地幔和下地幔两部分。上地幔主要由橄榄岩类组成，下地幔是由密度高的铁镁氧化物组成。
地表形态的塑造过程，也是岩石圈物质的循环过程，它们以岩石圈三类岩石——岩浆岩、变质岩和沉积岩的变质转化为存在基础。
在地球内部压力的作用下，岩浆沿着岩石圈的薄弱地带侵入岩石圈上部或喷出地表，冷却凝固形成岩浆岩。裸露地表的岩浆岩在风吹、雨打、日晒以及生物作用下，组件崩解成为砾石、沙子和泥土。这些碎屑被风、流水等搬运后沉积下来，经过固结成岩作用，形成沉积岩。与此同时，这些已经生成的岩石，在一定的温度和压力下，发生变质作用，形成变质岩。岩石在岩石圈深处或岩石圈以下，发生重熔再生作用，又成为新的岩浆。岩浆在一定的条件下，再次侵入或喷出地表，形成新的岩浆岩，并与其他岩石一起，再次接受外力的风化、侵蚀、搬运和堆积。如此，周而复始，使岩石圈的物质，处于不断的循环转化之中。
我们今天看到的山系和盆地，以及流水、冰川、风成地貌等，是岩石圈物质循环在地表留下的痕迹。