第一节人与岩石
要说岩石与人类的关系,我们首先想到的就是在人类文明的进程中,岩石起着非常重要的作用。岩石和我们人类确实有着十分密切的联系。早在石器时代,我们的祖先为了生存就已经开始利用比较坚硬的岩石,制作成各种简单的劳动工具,用来打猎、切削食物。通过考古发现,早在50万年前,原始人类遗留下来的各种石器就达几万件。恩格斯曾经说过:人能够用他的手把第一块岩石做成石刀,终于完成了从猿到人转变的决定性一步。随着人类的进步和采矿业的不断发展,古人开始对岩石有了记载。在我国公元前的战国初期,就有论述岩石和矿物的着作——《山海经》,可以这样说,这是世界上最早记载岩石的书籍之一。
目前发现的很多历史上保留至今的名胜古迹,都是岩石的建筑物。比如举世闻名的万里长城,据说是用来自全国各地的石块修建起来的;我国甘肃的敦煌石窟、洛阳的龙门石窟,显示出古代劳动人民的聪明才智和高超的艺术水平;西安的碑林、洛阳新安的“千唐志斋”,这些刻在石头上的书画,为研究中国的文字和历史,提供了宝贵的资料。北京是着名的五朝古都,具有极为丰富的文物资源,石碑、石庙、石兽等石质文物随处可见,构成北京独特的大都市风貌。
大量事实说明,人类文化的发展和岩石是分不开的。
人类对自然界的不断认识,促进了岩石学研究的不断深入和发展,人们对岩石性能日益了解,利用岩石为人类造福也越来越广泛。
矿产资源是国民经济发展的物质基础,丰富的矿产是国家科学技术发展和进步十分重要的后备资源。在岩石中蕴藏着大量矿产,很多岩石和矿产有密不可分的伴生关系。矿床通常生长在岩石中,大部分情况下岩石围绕着矿体呈不规则的分布,形成矿体的围岩。
比如,煤、油页岩产在植物化石丰富的沉积岩层中;铁、锰、铝、磷和盐类等矿产,也产在沉积岩中。在岩浆岩中的矿产也很丰富,比如铬铁矿、镍矿产在基性、超基性岩石中。很多有色金属和稀土元素矿床产在花岗岩中。
此外,原生金刚石只产在金伯利岩中。我国老变质岩地层中,金、银等贵金属比较发育,是变质作用使它们富集成矿的结果。变质作用也能形成矿床,如炭质页岩或煤经过变质,可以成为石墨矿;高铝黏土经变质,可以变成刚玉矿。除了以上情况之外,有些岩石本身就是矿产。比如菱镁矿,主要由碳酸镁组成;石灰岩主要由方解石组成;白云岩由白云石组成。
人们利用岩石的化学组成和物理性质,经过加工,可以将它们分别用于建筑、装饰、化工、冶金等诸多方面。比如石灰岩可以制造水泥和塑料;白云石可以用来制造耐火材料;珍珠岩用来做绝热和保温材料;玄武岩可以用来烧铸石;黏土可以用来做陶瓷;砂石可以铺路;煤可以做燃料;火山岩沸石可以作为天然分子筛。等等。
花岗岩、大理岩,因为外观华丽和坚硬耐磨,被人们广泛用于建筑装饰石材。
我国各地有很多重要建筑,如人民大会堂、毛主席纪念堂、图书馆、大剧院、体育馆等,都是用岩石做石材修建而成的。近年来,随着人民生活水平的提高,这些高雅的建筑石材也逐步走进千家万户,为美化居室锦上添花。
岩石还造就了许多秀丽的自然景观,成为国内外享有盛名的风景游览区。如桂林历来就有“山水甲天下”之称,那是石灰岩地区长期风化侵蚀造成的;昆明的石林,成因也是如此;在火山岩发育的地区,也有很多风景区,如长白山的天池、牡丹江的镜泊湖,早已成为人们避暑和旅游的好去处。我们可以毫不夸张地说,岩石几乎涉及人类生活的各个领域。
第二节岩石的研究
在古代,岩石和矿物统称为“石”。最早有关矿物岩石性状的记载,是中国的《山海经》和古希腊泰奥弗拉斯托斯的《石头论》。
18世纪后半叶至19世纪初,德国地质学家维尔纳为首的弗莱堡学派倡导水成说,认为所有岩石都是浑沌水的沉淀物。最早沉积花岗岩和片麻岩,其次为片岩、大理岩等,后期为页岩、砂岩、砾岩等。英国自然科学家赫顿于1788年提出了火成说,认为在地热的影响下形成的熔融物,可经火山活动形成火山岩,或在深部结晶,形成花岗质岩石。
两派各持己见,互相排斥对方观点,把所有的岩石基本看成是同一成因。
1830年,英国自然科学家莱伊尔提出岩石的成因分类,分为水成岩类、火山岩类、深成岩类和变质岩类,深成岩类包括花岗岩和片麻岩类。
从“水火之争”到莱伊尔以多种成因观点代替单一成因观点的岩石分类,是岩石学成熟阶段的主要标志。
现代岩石学形成于19世纪中期至20世纪50年代。在这一阶段,野外地质调查和区域性地质制图有了较大发展,使得历史对比法在岩石学的各个领域都得到了广泛应用,确定了各类岩石组合与其形成地质环境的联系,加深了对岩石成因的了解。
现代显微岩石学,是英国地质学家索比从把偏光显微镜运用于砂岩、石灰岩和黏板岩的观察开始的。德国齐克尔在1866年《描述岩石学教科书》中对岩石的许多亚类作了详细阐述。齐克尔于1873年出版的《矿物和岩石在显微镜下特征》和罗森布施的《岩相学主要矿物在显微镜下结构》,为显微岩石学奠定了一定的基础。
第二次世界大战结束以后,特别是20世纪50年代以来,通过国际性多学科地学研究活动的开展,板块学说兴起并不断发展,作为地质学科分支的岩石学,进入了新的发展时期。
火成岩岩石学,是研究主要由岩浆作用形成的岩石的成分、结构构造,及其形成条件和演化历史的学科。运用现代实验技术、物理化学、流体动力学等理论,阐明各类岩浆的演化运移和冷却结晶等过程,依据岩浆岩区域地质分布,结合大地构造单元,总结各类岩浆岩自然组合的时空分布规律。
沉积岩岩石学,是研究沉积物和沉积岩的组成、结构、构造和成因的学科。其主要内容包括沉积物和沉积岩物质成分、粒度及其生物化石群落等研究;判定沉积环境和沉积物的源区,阐明古地理条件和恢复古构造;根据碎屑物和基质的比例,矿物颗粒和有机组分的分选性,进行沉积物和沉积岩的分类;根据化学沉积物的特点,判定水体化学性质和海水深度等。
变质岩岩石学,是一门研究地壳内部发生的变质作用,和变质岩的形成特点及其演变历史的学科,天体陨石的冲击变质,也属于这一研究范畴。
在地壳演化过程中,地幔、地壳的相互作用,引起区域热流和构造环境的变化,发生了一系列属于不同变质相、变质相系和不同形变程度的变质岩石。它们是变质作用在自然界的记录,因而也是变质岩岩石学的研究对象。变质岩石学又可分为两个方向:变质地质学和变质实验岩石学。