玄武巖屬于地質(zhì)學(xué)三大巖類(lèi)（巖漿巖，沉積巖，變質(zhì)巖）中的巖漿巖。漢語(yǔ)玄武巖一詞最初來(lái)源于日語(yǔ)，因發(fā)現(xiàn)于日本兵庫(kù)縣玄武洞而得名。玄武巖的主要礦物有基性長(zhǎng)石和輝石，部分玄武巖中含有少量的橄欖石、角閃石和黑云母等礦物。我們身邊常見(jiàn)的玄武巖結(jié)構(gòu)構(gòu)造在日常生活中，我們會(huì)看到有些老人用帶有氣孔的石頭對(duì)腳部進(jìn)行按摩或者去除老繭，這會(huì)促進(jìn)足部的血液循環(huán)，有益健康。但是大家知道嗎？其實(shí)大部分的磨腳石就是玄武巖。

圖片來(lái)源：尹超

磨腳石上面的氣孔是火山巖常見(jiàn)的一種構(gòu)造，尤其是在玄武巖中。當(dāng)富含氣體的巖漿噴發(fā)到地表時(shí)，由于壓力的降低，巖漿中的氣體會(huì)發(fā)生膨脹和逃逸。之后在巖漿凝固的過(guò)程中，原來(lái)氣體所在的位置會(huì)變成空洞，就像磨腳石上的氣孔。在一些玄武巖中我們還會(huì)看到氣孔會(huì)定向排列呈流動(dòng)狀，這是巖漿噴發(fā)之后在流動(dòng)的過(guò)程中氣孔受到擠壓變形導(dǎo)致的。同時(shí)，最常見(jiàn)的構(gòu)造不光有氣孔構(gòu)造，還有繩狀構(gòu)造和枕狀構(gòu)造。

繩狀構(gòu)造

枕狀構(gòu)造

我們?cè)陔娨暬蛘邥?shū)上見(jiàn)過(guò)加利福尼亞州東部猛犸山的魔鬼巖柱堆，這是玄武巖另外一種常見(jiàn)的構(gòu)造——柱狀節(jié)理。

魔鬼巖柱堆

第一眼看到這個(gè)地質(zhì)奇觀的時(shí)候，除了贊嘆大自然的鬼斧神工外，我們腦海里也許會(huì)出現(xiàn)一個(gè)疑問(wèn)：平常的巖石都是一整塊或者脈狀的，為什么它像是被人工切割過(guò)似的？到底是什么原因?qū)е碌哪?？?jīng)過(guò)科學(xué)家的仔細(xì)觀察和研究，終于了解了其中的奧妙。玄武巖巖漿在冷卻過(guò)程中，由于溫度的快速降低，巖漿發(fā)生熱脹冷縮，熔巖頂部平坦的冷凝面會(huì)形成無(wú)數(shù)規(guī)則而又間隔排列的均勻收縮中心，進(jìn)而產(chǎn)生垂直于收縮方向的張力裂隙，使得巖石發(fā)生規(guī)則劈裂，形成規(guī)則的六棱柱體，當(dāng)大量的六棱柱體排列在一起，就形成了我們看到的壯觀場(chǎng)面。

六邊形玄武巖柱狀節(jié)理

地球上典型的玄武巖大洋中脊玄武巖——大洋中脊擴(kuò)張的產(chǎn)物廣闊的海洋是無(wú)數(shù)生物得以棲息生活的家園，海洋總面積約為3.6億平方公里，約占地球表面積的71%。當(dāng)我們站在海邊，看著浩瀚無(wú)際的大海，往往會(huì)產(chǎn)生好奇，五彩繽紛的海洋世界底部是什么？其實(shí)，除了河流匯入以及平常沉淀的沉積物以外，海洋的底部是被一層厚厚的玄武巖所覆蓋。海底玄武巖的出現(xiàn)其實(shí)是大洋中脊向外擴(kuò)張的結(jié)果。

玄武質(zhì)巖漿從大洋中脊處產(chǎn)生，圖中的大洋板塊都是玄武質(zhì)的海洋也像人一樣經(jīng)歷著誕生、成長(zhǎng)和消亡三個(gè)階段。在這個(gè)過(guò)程當(dāng)中，大洋中脊扮演著十分重要的角色，它就像傳送帶一樣源源不斷地向兩邊輸送玄武巖，直到大洋最后消亡閉合。大洋中脊產(chǎn)生的玄武巖稱(chēng)為大洋中脊玄武巖（Mid Ocean Ridge Basalt，MORB）。這種玄武巖為地質(zhì)學(xué)家研究板塊漂移和海洋的演化提供了重要的樣品基礎(chǔ)。洋島玄武巖——地幔柱作用的產(chǎn)物夏威夷群島不僅是旅游度假勝地，同時(shí)島上還有經(jīng)常噴發(fā)的活火山，每年有許多人為了近距離觀察火山噴發(fā)來(lái)到這里，這些火山噴發(fā)出的就是玄武巖巖漿。

為了近距離觀察火山噴發(fā)的游客

雖然地處廣闊的太平洋中部，但是這種玄武巖的產(chǎn)生機(jī)制與大洋中脊玄武巖是不同的。經(jīng)過(guò)科學(xué)家長(zhǎng)時(shí)間的研究，發(fā)現(xiàn)夏威夷玄武巖的產(chǎn)生是地幔柱作用的結(jié)果。地幔柱這個(gè)概念是威廉·杰森·摩根在1971年提出來(lái)的。他認(rèn)為地幔對(duì)流會(huì)緩慢地將熱從地核攜帶至地表，形成溫度較高的柱狀流，這個(gè)巨大的熱柱底端和地幔底部甚至與地核相連，頂端則由于浮力的原因在上升過(guò)程中膨大成球狀，整體就像有著細(xì)長(zhǎng)柄的蘑菇。

地幔柱模型圖

當(dāng)?shù)蒯Ｖ捻敳可仙降厍驕\部時(shí)會(huì)部分熔融，從而產(chǎn)生類(lèi)似夏威夷的洋島玄武巖（Oceanic Island Basalt，OIB）。其實(shí)，地幔柱作用的產(chǎn)物不光有夏威夷玄武巖，它在地球的好多地方都有蹤跡，那就是被地質(zhì)學(xué)界廣泛研究的大火成巖省。大火成巖省以短時(shí)間內(nèi)巨量的巖漿噴發(fā)為特征，巖漿的覆蓋面積可以達(dá)到105平方千米，體積可以達(dá)到105立方千米。大火成巖省的巖漿作用持續(xù)時(shí)間可以較長(zhǎng)，能夠達(dá)到50個(gè)百萬(wàn)年，但是75%的巖漿會(huì)在1到5個(gè)百萬(wàn)年內(nèi)噴發(fā)。這個(gè)過(guò)程中產(chǎn)生的巖漿最主要的成分就是玄武巖，通常玄武巖的量就是判斷大火成巖省的一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)。由于在大火成巖省的形成過(guò)程中伴隨著大量的火山噴發(fā)，火山噴發(fā)會(huì)產(chǎn)生巨量的火山灰和有毒氣體，因此，科學(xué)家認(rèn)為大火成巖省巨量的巖漿作用往往和生物大滅絕密切相關(guān)。其中，關(guān)于二疊紀(jì)生物大滅絕的原因，科學(xué)家有兩種解釋?zhuān)谝环N是隕石撞擊說(shuō)。

隕石撞擊激起的巨量塵埃懸浮在空中遮天蔽日，會(huì)使全球氣溫下降，同時(shí)又會(huì)阻礙生物的光合作用，從未使得整個(gè)生態(tài)系統(tǒng)遭到嚴(yán)重破壞。另外一種猜想就是大火成巖省巖漿作用導(dǎo)致的。

而且這個(gè)大火成巖省就是位于我國(guó)的峨眉山大火成巖省，因?yàn)槎朊忌酱蠡鸪蓭r省的形成時(shí)間與二疊紀(jì)晚期生物大滅絕十分吻合。關(guān)于這次的生物大滅絕的真相到底是什么，還需要科學(xué)家進(jìn)一步研究。嫦娥的月宮—月海玄武巖月亮，不管是在中國(guó)還是在西方世界，一直都是神話故事中的主角。從人類(lèi)有思想以來(lái)，一直對(duì)月球充滿著向往。由于月球的自轉(zhuǎn)與公轉(zhuǎn)的周期相等（稱(chēng)為潮汐鎖定），因此月球始終以同一面朝向著地球。月球的正面主要分布著大量的暗色玄武巖熔巖，它富含鐵和鈦，填充了的巨大撞擊坑，形成了廣闊的平原，稱(chēng)為“月?！薄?969年美國(guó)的阿波羅11號(hào)實(shí)現(xiàn)了人類(lèi)首次載人登月以來(lái)，宇航員對(duì)月球開(kāi)展了一些科學(xué)考察，其中主要的工作就是采集月球樣品。他們總共從月球帶回了381.7千克樣品，其中最多的就是玄武巖樣品。

實(shí)驗(yàn)室中的樣品

“阿波羅”登月工程采集的月海玄武巖的年齡為38～32億年，最古老的月海玄武巖的年齡為42億年，這些樣品為研究月球的形成和演化提供了重要的物質(zhì)基礎(chǔ)。（2020年底我國(guó)“嫦娥五號(hào)”帶回來(lái)的“月壤”又會(huì)帶給人類(lèi)什么新發(fā)現(xiàn)呢？值得期待。）神奇壯觀的玄武巖景觀玄武巖瀑布世界最大的玄武巖瀑布—吊水樓瀑布，又稱(chēng)鏡泊湖瀑布，是鏡泊湖景區(qū)的精華景點(diǎn)。

鏡泊湖吊水樓瀑布

它位于鏡泊湖的出口處，由玄武巖構(gòu)成陡峻的峭壁，湖水由上沖瀉而下，形成一個(gè)寬約40多米、落差12多米的瀑布。在冬季枯水期，瀑布會(huì)消失不見(jiàn)，但是由于長(zhǎng)期的水流沖刷和溶蝕作用，在玄武巖峭壁上形成的大小深淺不等的溶洞會(huì)顯現(xiàn)出來(lái)，因此稱(chēng)之為吊水樓。冬季由于天氣寒冷，玄武巖的峭壁上會(huì)懸掛長(zhǎng)長(zhǎng)的冰柱，白色的冰柱和黑色的玄武巖交相呼應(yīng)，場(chǎng)面十分壯觀。

冬季的吊水樓瀑布相對(duì)于地球的46億年，鏡泊湖玄武巖的年齡十分年輕。鏡泊湖屬于長(zhǎng)白山山脈的一部分，景區(qū)北部分布著大小12個(gè)火山口。這些火山從一百萬(wàn)年前開(kāi)始噴發(fā)，形成了一條長(zhǎng)達(dá)百余里的玄武巖臺(tái)地。在距今4800年的時(shí)候，最后一次火山爆發(fā)產(chǎn)生的玄武質(zhì)熔巖和火山碎屑在如今鏡泊湖電站大壩附近匯集，并且在吊水樓附近形成一道玄武巖堰塞堤壩，堵塞了牡丹江河道及其支流，形成了世界最大的火山熔巖堰塞湖—鏡泊湖。玄武巖石柱漳州濱?；鹕絿?guó)家地質(zhì)公園作為濱海火山地質(zhì)地貌風(fēng)景旅游區(qū)，位于臺(tái)灣海峽西岸、福建省漳州市漳浦縣前亭鎮(zhèn)濱海一帶。公園內(nèi)有兩座由玄武巖組成的火山島嶼，分別是林進(jìn)嶼和南碇島。其中，林進(jìn)嶼是一個(gè)由玄武巖組成的似橢球形島嶼，島上還存在一個(gè)形成于2000多萬(wàn)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(wàn)根巨型柱狀節(jié)理玄武巖組成，是世界上擁有最多柱狀玄武巖的濱?；鹕綅u，這些玄武巖石柱高于海平面20～50米，從海底冒出直插云霄，令人嘆為觀止。

漳州濱?；鹕絿?guó)家地質(zhì)公園

從普通觀賞石到高新纖維材料雖然玄武巖是日常生活中一種常見(jiàn)的巖石，但是相信很多人都不知道玄武巖經(jīng)過(guò)特殊手段處理后，能夠變換形態(tài)成為一種泛著金屬光澤的高性能纖維材料—玄武巖纖維。玄武巖石料粉末在1450℃～1500℃熔融后，經(jīng)過(guò)澄清冷卻和均質(zhì)化之后再利用鉑銠合金拉絲漏板高速拉制而形成連續(xù)纖維。這些纖維的直徑大約為7~20微米。雖然只有頭發(fā)絲粗細(xì)的三分之一，但是它的強(qiáng)度是同等直徑鋼纖維的兩倍，而且比合金更耐腐蝕，同時(shí)能夠承受500攝氏度的高溫。玄武巖纖維經(jīng)過(guò)特殊處理可以像棉花一樣織成布用來(lái)制作防護(hù)服。

玄武巖纖維

圖片來(lái)源：太平洋航天中心網(wǎng)

同時(shí)，還可以將玄武巖纖維和高分子基體采用特定的工藝制成增強(qiáng)復(fù)合材料，用來(lái)制造坦克、艦船、飛機(jī)的外殼。值得一提的是，作為一種天然的石頭，它是由二氧化硅、氧化鋁、氧化鈣、氧化鎂、氧化鐵和二氧化鈦等氧化物組成，因此在制造玄武巖纖維的過(guò)程中基本沒(méi)有有害物質(zhì)排出，對(duì)環(huán)境污染很小。我國(guó)玄武巖資源十分豐富，甘肅、黑龍江、新疆、山西、四川等地均分布有大量的玄武巖礦產(chǎn)資源。雖然玄武巖纖維技術(shù)出現(xiàn)僅僅二三十年，世界各國(guó)對(duì)該技術(shù)的應(yīng)用都處于初期探索階段。但是相信在不久的將來(lái)，玄武巖纖維會(huì)在我們的日常生活中起到十分重要的作用。

部分圖片來(lái)源：作者、圖蟲(chóng)網(wǎng)、全景網(wǎng)

本文首發(fā)于《地球》2020年第10期，有刪節(jié)修訂

作者：劉秉翔 劉丹

責(zé)編｜李宏博
排版｜溫宜妮
審核｜劉 丹地球雜志
自然資源文化與地球科學(xué)傳播融媒體


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