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刘炳祥刘丹

玄武岩属于三大地质岩石(岩浆岩、沉积岩、变质岩)中的岩浆岩。中文中的玄武岩一词源于日语，因发现于日本兵库县玄武洞而得名。玄武岩的主要矿物是基性长石和辉石，部分玄武岩含有少量橄榄石、角闪石和黑云母。

我们周围常见的玄武岩结构

在日常生活中，我们可以看到一些老人用有毛孔的石头按摩足部或者去除老茧，这样会促进足部的血液循环，对身体有益。但你要知道，其实大部分磨石都是玄武岩。

磨石上方的孔隙是火山岩的常见结构，尤其是在玄武岩中。当富含气体的岩浆喷发到地表时，由于压力降低，岩浆中的气体会膨胀逸出。后来在岩浆凝固的过程中，气体原来的位置会变成空孔，就像磨刀石上的气孔一样。在某些玄武岩中，我们还可以看到孔隙呈流动状的定向排列，这是岩浆喷发后流动过程中孔隙的挤压变形造成的。同时，最常见的结构不仅仅是气孔结构，还有绳状结构和枕状结构。

我们在电视上或者书上看到过美国加州东部猛犸山的魔鬼岩柱。这是玄武岩的另一种常见结构——柱状节理。

当我们第一次看到这一地质奇观时，除了赞叹大自然的鬼斧神工之外，我们脑海中可能会有一个疑问:普通的岩石都是整块或脉状的。为什么看起来像是手工剪的？到底是什么原因造成的？经过仔细的观察和研究，科学家们终于明白了其中的奥秘。

在玄武岩形成的岩浆冷却过程中，由于温度急剧下降，岩浆热胀冷缩。熔岩顶部平坦的冷凝面会形成无数间隔排列的规则而均匀的收缩中心，进而产生垂直于收缩方向的张裂缝，使岩石规则地裂开，形成六棱柱。当大量的六棱柱排列在一起，就形成了我们看到的壮观景象。

地球上典型的玄武岩

大洋中脊玄武岩——大洋中脊扩张的产物

浩瀚的海洋是无数生物可以生活和栖息的家园。海洋总面积约3.6亿平方公里，约占地球表面积的71%。当我们袖手旁观大海，看着无边无际的大海，我们经常想，什么是丰富多彩的海洋世界的底部？

事实上，海洋的底部覆盖着厚厚的一层玄武岩，除了河流流入并通常沉淀下来的沉积物。海底玄武岩的出现，其实是大洋中脊(贯穿地球四大洋的海底山脉系统)向外扩张的结果。

和人类一样，海洋也要经历三个阶段:诞生、成长和消亡。在这个过程中，大洋中脊起着非常重要的作用。就像传送带一样，不断喷射出玄武岩岩浆，直到海洋最终消亡并闭合。洋中脊产生的玄武岩称为洋中脊玄武岩。这种玄武岩为地质学家研究板块漂移和海洋演化提供了重要的样本基础。

海洋玄武岩-地幔柱的产物。

夏威夷不仅是旅游胜地，还是一座频繁喷发的活火山。每年都有很多人来这里近距离观察火山爆发。这些火山喷发的是玄武岩岩浆。

虽然位于浩瀚的太平洋中部，但这种玄武岩的生成机制与大洋中脊玄武岩不同。科学家经过长期研究发现，夏威夷玄武岩是地幔柱的结果。地幔柱的概念是由美国地球物理学家威廉·杰森·摩根于1971年提出的。他认为地幔对流会慢慢把热量从地核带到地表，形成温度很高的柱流。这个巨大的热柱底部和地幔底部甚至与地核相连，顶部由于浮力在上升过程中膨胀成球状。整体像一个柄细长的蘑菇。

当地幔柱的顶部上升到地球的浅部时，会部分熔融，从而产生这种类似夏威夷海洋岛的玄武岩。

实际上，地幔柱的产物不仅仅是洋岛玄武岩，在地球的很多地方都有，也就是地质学界广泛研究过的大火成岩省(一个特定的地质区域，指的是火成岩的大规模堆积)。大火成岩省的特点是短时间内喷发大量岩浆。岩浆覆盖面积可达105平方公里，体积可超过105立方公里。大火成岩省的岩浆可以持续很长时间，达到5000万年，但75%的岩浆会在100万到500万年后喷发。

这个过程中产生的岩浆最重要的成分是玄武岩。通常，玄武岩的数量是判断大火成岩省的一个标准。由于大火成岩省的形成伴随着大量的火山喷发，会产生巨量的火山灰和有毒气体，科学家认为大火成岩省巨量的岩浆活动往往与生物的大灭绝密切相关。

其中，科学家对二叠纪大灭绝有两种解释:

首先是陨石撞击理论。陨石撞击产生的巨量尘埃悬浮在空中阻挡阳光，降低了全球温度，阻碍了生物的光合作用，导致整个生态系统遭到严重破坏。

另一个猜想是大火成岩省的岩浆作用造成的。这个大火成岩省位于中国的峨眉山，因为峨眉山大火成岩省的形成时间与晚二叠世大灭绝的时间相吻合。这次大灭绝的真相是什么，还需要科学家进一步研究。

月球玄武岩

月亮，无论是在中国还是在西方世界，一直都是童话故事中的主角。自从人类有了思想，就一直渴望着月亮。因为月球的自转等于公转周期(称为潮汐锁定)，所以月球总是面向地球的同一个方向。月球正面主要分布着大量深色玄武岩熔岩，富含铁和钛，填满了月球上巨大的撞击坑，形成了一片广阔的平原，称为“月海”。1969年，美国阿波罗11号实现首次载人登月。此后，宇航员在月球上进行了一些科学调查，主要工作是收集月球土壤样本。他们从月球上总共带回了381.7公斤的样本，其中大部分是玄武岩样本。

阿波罗计划采集的月球玄武岩年龄为32亿至38亿年，最古老的为42亿年。这些样品为研究月球的形成和演化提供了重要的物质基础。2020年底，中国嫦娥五号带回的月球土壤会给人类带来哪些新发现？值得期待。

壮观的玄武岩景观

玄武岩瀑布

吊水楼瀑布，世界上最大的玄武岩瀑布，又称镜泊湖瀑布，是黑龙江省镜泊湖风景区的精华。它位于镜泊湖出口处，是由玄武岩形成的陡峭悬崖。湖水从顶部冲下，形成宽约40米、落差12米多的瀑布。在冬季干旱季节，瀑布会消失。但由于水流的长期侵蚀和溶解，会出现在玄武岩峭壁上形成的大小不一、深浅不一的洞穴，故称悬水建筑。因为冬天天气寒冷，长长的冰柱挂在玄武岩的悬崖上，白色的冰柱与黑色的玄武岩相呼应。场面很壮观。

与地球46亿年的历史相比，镜泊湖玄武岩非常年轻。镜湖是长白山的一部分，景区北面有12个环形山。这些火山在100万年前开始喷发，形成了一个长度超过100英里的玄武岩平台。4800年前，最后一次火山喷发产生的玄武质熔岩和火山碎屑聚集在镜泊湖电站大坝附近，在吊水楼附近形成了玄武岩堰坝，阻断了牡丹江及其支流，形成了世界上最大的火山熔岩堰塞湖镜泊湖。

玄武岩柱

漳州国家地质公园作为滨海火山地质景观旅游区，位于福建省漳州市漳浦县前亭镇沿海地区。公园内有两个由玄武岩构成的火山岛，分别是林金屿岛和南千岛。

其中，林金屿是一个由玄武岩组成的椭球状岛屿，岛上有一个2000多万年前形成的古火山口。古火山口附近广泛分布着火山口和铆钉状气孔柱。南千岛由140多万块巨型柱状节理玄武岩组成，是世界上柱状玄武岩最多的沿海火山岛。这些玄武岩柱海拔20 ~ 50米，从海底拔地而起，直插云霄，令人叹为观止。

从普通的观赏石到高科技纤维材料

玄武岩虽然是常见的岩石，但相信很多人都不知道。玄武岩经过特殊手段处理后，可以改变形状，成为一种具有金属光泽的高性能纤维材料——玄武岩纤维。

玄武岩粉末在1450 ~ 1500℃熔融后，澄清、冷却、均质，然后用铂铑合金拉丝漏板高速拉丝形成连续纤维。这些纤维的直径为7-20微米。虽然它的厚度只有头发的1/3，但它的强度是同直径钢纤维的两倍，而且比合金更耐腐蚀，能承受500℃的高温。

玄武岩纤维经过特殊处理，可以像棉花一样织成布，制成防护服。同时，玄武岩纤维和聚合物基体可以通过特定工艺制成增强复合材料，用于制造坦克、舰船、飞机的壳体。值得一提的是，作为天然石材，它是由二氧化硅、氧化铝、氧化钙、氧化镁、氧化铁、二氧化钛等氧化物组成。因此，在制造玄武岩纤维的过程中，基本没有有害物质排出，对环境污染很小。

我国玄武岩资源丰富，大量玄武岩矿产资源分布在甘肃、黑龙江、新疆、山西、四川等地。虽然玄武岩纤维技术才出现二三十年，但该技术在世界各国的应用都处于探索的初级阶段。但我相信，在不久的将来，玄武岩纤维将在我们的日常生活中扮演非常重要的角色。

本文摘自《地球》2020年第10期。