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作者：《奇异的岩石》编写组

出版社：世界图书出版公司

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奇异的岩石试读：

前言

在自然界中，存在着各种各样的岩石，也许这些岩石从来未曾引起我们强烈的兴趣。岩石是什么？是怎样形成的？它们又是怎样影响着我们的生活呢？

岩石是天然产出的具有稳定外型的矿物或玻璃集合体，按照一定的方式结合而成，是构成地壳和上地幔的物质基础。按成因分为岩浆岩、

沉积岩

变质岩

地壳深处和上地幔的上部主要由火成岩和变质岩组成。从地表向下16千米范围内火成岩和变质岩的体积占95％。地壳表面以沉积岩为主，它们约占大陆面积的75％，洋底几乎全部为沉积物所覆盖。岩石学主要研究岩石的物质成分、结构、构造、分类命名、形成条件、分布规律、成因、成矿关系以及岩石的演化过程等。它属地质科学中的重要的基础学科。

作为一本科普读物，本书以图文并茂，生动活泼的形式，向大家简单介绍了岩石的基本情况、分类特点、典型形式和一些有关石头的风景名胜、有趣典故和历史传说。

岩石学已成为一门独立的学科，人们对岩石的发现和研究仍然在不断进行当中。由于本书编者的水平和知识有限，对岩石的了解还不够深入，因此，书中不妥之处在所难免，敬请广大读者指正。

漫话岩石

从《山海经》说起

长期以来，人们除了注意江河湖海的风光和名山大川的景色以外，还注意了地壳上各种各样的岩石，而且将他们考察的情况载入史册。在世界文化史上，第一篇记载矿物岩石的文章是《尚书》中的《禹贡》篇，此文是虞夏时代（公元前22世纪末）的著作，距今已有4200多年的历史。传说尧舜时代（公元前23～前22世纪），黄河流域发生特大洪水，禹治水13年，三过家门而不入，终于制服了洪水。《禹贡》是禹在平治水土之后所作，有人说是大禹的亲笔。《禹贡》全文将近1200字，记载了各地的山川、土壤、动植物以及12种矿物和岩石。书中说：“青州海滨广斥”，产“铅、松、怪石”。即山东登州、莱州一带的海边多盐，产铅矿、松树和怪石；徐州一带产“五色土”、“四滨浮磬”。五色即五种颜色的土壤，四滨即山东泗水县，浮磬是一种比较轻的石头制成的乐器；扬州产“金三品，瑶、琨”。金三品指黄金、白金、赤金，也就是现代的金、银、铜；瑶是一种美玉；琨是一种美石（据史记货殖列传）。荆州（今湖北南漳县）还产砺砥，是一种坚硬的、可以磨刀的石头，据考可能是石英砂岩一类的岩石。

几百年之后的《山海经》（公元前500～前300年），记载了矿物岩石产地226处，比《禹贡》的内容丰富多了。

岩石是古代人们的建筑石材和生产、生活的工具。公元212年，三国的东吴大帝孙权，在清凉山金陵邑（今南京），用石头兴建了一座城市，这是当时最大的城，又是水军的江防要塞，所以南京又叫石头城。现代地质学称石头为岩石。岩石的“岩”字，在古代是山崖和山穴的意思，用来表示山势高峻、峰岭陡峭的地势。在古代，岩与崖二字是通用的，“石”字则是指磬、碑、砚、陨星等。

自从18世纪现代地质学诞生以来，“岩石”一词，就不再沿用古义了。纵览各种矿物、岩石的名称，可以发现一个有趣的规律，即“石”一般指各种非金属矿物，如长石、方解石、金刚石、红柱石、电气石、萤石、绿柱石和蓝晶石等。习惯上将金属矿物称为矿，如黄铜矿、黄铁矿、白钨矿、方铅矿和磁铁矿等。“岩”则指矿物集合体，如花岗岩是长石、石英和少量云母等矿物组成的集合体；辉长岩是辉石和基性斜长石等矿物组成的集合体。

所以可以给岩石下这样的定义：岩石是指地壳和上地幔中由各种地质作用形成的固态物质。岩石是由一种到几种矿物或天然玻璃组成的、具有稳定外形的矿物集合体。

对这个定义作一下分析，便能清楚地看出岩石的涵义了：

1．岩石是火山爆发、岩浆活动等内力地质作用和海洋、河流、湖泊、风、冰川等外力地质作用的产物。因此，人工制造出来的工艺岩石，如人造大理岩就不能叫作“岩石”。而其他星球上的岩石则常常加上定语，如“月岩”是指月球上的岩石，“宇宙岩石”是指其他星球上的岩石。

2．岩石是由一种或几种矿物或天然玻璃组成的集合体。大理岩是由一种矿物——方解石组成的岩石，花岗岩则是由长石、石英和少量深色矿物组成的岩石。

3．岩石是具有一定形态的矿物集合体。因此，那些无一定形态的液体——石油、气体——天然气，以及松散的砂子、泥土等都不能称作岩石。

绚丽多彩的岩石

地球的表面崎岖不平，高山、大海、河流、湖泊纵横交错，织成了一幅幅锦绣河山。高山上分布着奇岩怪石，河岸边耸立着陡壁悬崖，广阔的海底在淤泥底下就是坚硬的岩石。岩石组成了整个地壳。

岩石组成的地壳，可分为大陆型地壳和大洋型地壳两种。大陆型地壳平均厚度约33千米（我国西藏高原可达50～70千米），从上到下，由沉积岩层、花岗岩质层和玄武岩质层构成。大洋型地壳平均厚度为6.8千米，自上而下为海底沉积物和玄武岩等。地壳上各种岩石的分布是很有规律的，比如，大多数玄武岩分布在海洋底部，组成洋壳；花岗岩分布在陆地上，构成陆壳；而安山岩则往往出现在褶皱带附近，构成岛弧；超基性岩出现在深断裂带，呈带状分布。

众所周知，世界上有生命的东西（如动物、植物）年龄有大小之分。有趣的是，岩石的年龄也有大小之分。科学工作者在格陵兰发现了年龄为40亿年左右的岩石。目前多数人认为，地球的年龄为46亿年。中国科学院地质研究所在河北的迁安一带，发现了我国最老的岩石，其年龄约为36.7亿年。此外，泰山的岩石也比较古老，大约有24亿年了。那么，是否有年龄较小的岩石呢？有，在沉积岩中要算天涯海角一带的“海滩岩”年龄小，岩石中竟然有第二次世界大战时的钢盔和罐头瓶。在火成岩中则要算最近的火山爆发所形成的熔岩了。

1963年11月，大西洋的洋面上风平浪静，一艘渔船正在冰岛南部的海面上作业，他们在希鸟岛西南20千米处，突然看到从海里冲出一缕青烟。一星期后，烟雾越来越浓，海底传来隆隆声。当时，腾空而起的火山灰柱高达174米，空中浓云密布，雷声大作。从火山口喷出的火山弹呼啸着落到海里，激起浪花，海面上弥漫着大量的水蒸汽。火山喷发延续了两个月又十七天，于1964年1月31日，海面上露出一座新生的火山岛，这就是著名的苏特西岛。苏特西岛高出海面150米，岛的形状像一个梨，在2.8平方千米面积的土地上，布满了条纹状和绳状的熔岩。组成这个岛屿的熔岩年龄可以说是比较小的了。

各个不同时代的岩石，组成了闻名于世的山水名胜。传说，三山五岳是我国古代神仙居住的地方。三山又称“三神山”，实际上是不存在的。五岳则是我国五大名山的总称，即东岳泰山，西岳华山，北岳恒山，中岳嵩山和南岳衡山。唐玄宗、宋真宗曾封五岳为王、为帝。明太祖尊五岳为神。其实，五岳都是由岩石组成的山峰，只是山势挺拔，气势雄伟罢了。五岳之首为东岳泰山，屹立在华北大平原东部，是一种由变质岩——片麻岩构成的断块山；“五岳独秀”的南岳衡山，耸立于湖南衡阳盆地湘江之滨，是舜、禹等南巡到达的地方，山上七十二峰均由花岗岩组成；以险峻闻名的西岳华山，位于陕西省华阴县，也由花岗岩组成；北岳恒山，在山西省东北部，由变质岩组成；位居中原的嵩山，古称中岳，在河南省登封县北，那里是18亿～20亿年前形成的坚硬的石英岩。此外，佛教胜地峨眉山的山顶是由二叠纪的玄武岩组成的。所以，天下名山，无不与各种岩石的性质有关，如组成山体的岩石比周围岩石坚硬，就会造成山体突兀于群山之上的地形；组成山体岩石节理发育，山上就会形成众多的奇峰异石；组成山体是易溶的石灰岩，就会形成秀丽的石林和溶洞。

地面上所见到的岩石虽然千姿百态、五彩缤纷，但从岩石成因上来看，它们可归纳为三大类，即火成岩、沉积岩和变质岩。

火成岩一词，来源于拉丁文，是“火焰”之意。火成岩也叫岩浆岩，是由天然岩浆冷却结晶和凝固而成。如玄武岩、花岗从海底冒出来的苏特西岛岩等都是火成岩。人们经常说火山爆发，实际上岩浆喷出地表时，并没有火焰，火山也不是燃烧着的山。但是火山中确实蕴藏着巨大的热量，在火山喷发物中真正可以燃烧的成分，只有少量的氢气，而氢气燃烧所产生的火焰，人们又很难看到。那么，“火”是怎么回事呢？原来，那是火山中炽热的熔岩流在其上部蒸气中，反射出红色灿烂的光辉，看上去像是着了火一样。火山中喷出的滚滚“浓烟”也不是普通的浓烟，而是浓厚的气体和水蒸气，它之所以有时呈黑色，好似滚滚浓烟，是因为在喷出物中混有大量火山灰的缘故。火成岩沉积岩一词来源于拉丁文，是“沉淀”的意思。有人称沉积岩为“水成岩”，其实这种称呼是很不确切的。因为沉积岩并不都是水成的，还有风成的、冰川成的，有时有火山物质和宇宙物质的掺入等。例如火山爆发时的火山灰，落到地上形成凝灰岩；沉积岩陨石等宇宙尘埃也掺在沉积岩中；还有戈壁沙漠里的砾石、砂子是风成的。唐代诗人岑参早已认识到这一点，他写道：“一川碎石大如斗，随风满地石乱走。”就是说，在沉积岩的形成过程中，风可以搬运和沉积某些沉积物。此外，科学家们还发现，在珠穆朗玛峰距今2.5亿年前形成的地层里，有一套杂砾岩，其中的砾石、砂子和泥土是由冰川搬运后沉积形成的。所以，把沉积岩叫作水成岩是名不符实的。

变质岩一词来源于希腊文，是“形态的变化”的意思。这一类岩石在地壳深处，在极高的温度和很大的压力条件下，由原来的岩石，如火成岩、沉积岩发生变质而成的，例如板岩、千枚岩、片岩和片麻岩等。

据地表各种岩石出露的情况推测，地壳上以岩浆岩为最多，变质岩从体积来看，它占所有岩石的64.7％，变质岩占27.4％，沉积岩占7.9％。但是数量较少的沉积岩，在地表的分布却占所有岩石分布面积的75％。

矿产的摇篮

人们生活在世界上，衣食住行无不与矿产相关。每天早晨，墙上挂钟的哨哨响声把你从睡梦中催醒，顺手打开电灯，穿上你可心的化纤衣服。就这么一会功夫，你已经接触到许多从矿石中提取出来的各种物质了。挂钟里有铁制的各种零件，也有铜制的、铬制的零件等等。它们是分别从铁矿石、铜矿石和铬矿石中提取出来的金属；电灯的钨丝是从钨矿石中提取出来的，灯泡是玻璃制品，是用石英质岩石或石英砂熔炼成的；石灰岩是化纤的一种原料。从这些，就不难看出矿产与人类的关系了。

矿物岩石知识的扩大与人类的物质文化的发展密切相关。人们在非洲肯尼亚的图尔卡纳东卢多夫湖附近发现的人骨化石和砾石工具的年龄为261万年，这说明原始人已经能利用岩石的坚硬特性制造生存斗争工具了。在南京地区发现了公元前5000～2000年的石器，说明古代人在实践中了解了岩石的某些特性，已用石英岩做成的石锄和石锛从事原始的农业劳动，用磨面光滑、刀口锋利、孔眼匀称的七孔石刀做日常生活的工具了。

随着生产的不断发展，人们对岩石的认识日益深化，岩石的用途也日益扩大。这就需要人们不断地开发矿产资源。所谓矿产，就是在现有技术条件下可以开采和利用的矿物和岩石。从科学技术发展的角度看，矿产和岩石之间并没有明显的界限。矿产蕴藏于各种岩石中，岩石就是矿产的母岩。

大家都知道金刚石吧？它光彩夺目，硬度出众，自古以来一直被视为无价之宝，它产在什么岩石中呢？它产在一种稀少而特殊的金伯利岩中。

有一个牧业主乘坐着直升飞机去选牧场位置，因飞机上指示航向的指南针失灵而迷失了航向。当他们着陆察看时，在古老变质岩中发现了一个大磁铁矿床。原来是磁铁矿的磁性吸引指南针，使指南针失了灵。

据我国《列子》一书记载，我们的祖先早就用石棉织成了一种能隔热、耐高温、防腐蚀的“火浣布”。据传说，在国外约在公元8世纪，法国国王查勒斯大帝得知拉锡德酋长要攻打他，便设宴招待酋长的使者。席后，用一块油污了的擦桌布放在火中烧，布在烈火中越烧越洁净，当人们把它从火堆中取出来时，布完好无损。客人惊恐万状，以为国王有召神之力，不敢侵犯，就此免去了一场战争。这块火浣布就是石棉布。这种石棉蕴藏在什么岩石里呢？它产在富含镁的超基性岩中，四川省石棉县的蛇纹石化的超基性岩就产石棉。

古代，人们曾经把白云母作“窗子”，今天白云母被广泛用于电气工业和无线电工业，这种白云母是产在伟晶岩中的。

我国是世界上利用煤炭最早的国家，煤炭储量占世界第三位。据《史记·外戚世家》记载，公元前180年前，我国已开始利用煤炭了。但欧洲直到13世纪还不知道煤能燃烧。1297年，意大利人马可·波罗来到中国，看见中国人烧煤，感到很惊讶。他在游记中写道：“中国的燃料，既不是木，也不是草，却是一种黑石头。”

此外，花岗岩、大理岩、辉长岩可作高级的建筑石材和彩石；石灰岩可用来烧制石灰，还可作水泥和塑料的原料，人们喜爱穿用的的确良等化纤制品就是用质地很纯的石灰岩作原料的；白云岩可作耐火材料和炼钢的熔剂；珍珠岩是绝热保温材料；玄武岩、辉绿岩是铸石原料；强沸石化火山岩可作为天然分子筛；沸石粉撒在鸡窝里，可使鸡窝除臭等等。西安碑林

人类文化的发展与岩石关系也很密切。我国敦煌石窟、龙门石窟和云岗石窟的佛像都是在岩石上雕塑的。它记载了我国劳动人民的高超艺术，成为中国古代文化的宝库。西安碑林的石碑上，雕刻着各时代的史实。碑林为我国的历史研究提供了丰富的材料。

岩石的学问

我国古代研究岩石的学者有北宋的沈括和明代的徐霞客。早在11世纪，沈括就已经认识到华北平原曾经是大海，经河流泥沙长期沉积变成了陆地，他所著的《梦溪笔谈》被英国的科学史家李约瑟誉为“科学史的坐标”。徐霞客（1586～1641年）27岁开始调查石灰岩溶洞，踏遍了南方各省，与长风为伍，云雾为伴，洞穴为栖，绝粮不悔，重病不悲，献身于探索大自然的奥秘。他四十三年如一日，所到沈 括之处，一山一石，一洞一穴，全记载下来，后来写成名著《徐霞客游记》。

几百年以来，对于岩石的研究已经发展成为一门学科，这就是岩石学。它的任务主要是研究岩石的物质组成、结构、构造、产状、成因、分布情况以及有关的矿产等等，岩石的学问是相当丰富的。岩石是由矿物组成的。目前已经知道的矿物有3000多种，但常见的岩石中，只含有10多种矿物，其中经常看到的有长石、石英、辉石、角闪石、橄榄石、云母和方解石等。它们占岩石中所有矿物的90％以上。绝大多数矿物都是晶体，它内部的原子或离子都按照一定秩序、有规律地排列起来，组成具有一定结构、一定形状的固态物质，称为结晶矿物。绝大多数岩石是由结晶矿物组成的。例如，徐霞客我国旅游胜地黄山、九华山上的花岗岩，都是由结晶矿物组成的。但是，自然界也有极少数的岩石是非结晶物质——玻璃质组成的，如具有隔热隔音性能的珍珠岩。珍珠岩

在岩浆岩中，经常还可以看到一些饶有趣味的矿物组合关系。如在肉红色的板状钾长石晶体中，镶嵌着尖棱状的烟灰色石英晶体，俨如古代的象形文字，岩石学家称它为文象结构。

在海洋、湖泊和河流环境里伟晶岩文象结构带形成的岩石，往往包含有较多的水生生物的骨骼，形成生物结构。而沉积岩结构大都很像南方的花生糖和芝麻糖那样，原来岩石风化破碎成的矿物碎屑及岩屑像花生粒和芝麻粒，胶结物就像糖一样把它胶结起来，这就是胶结结构。黏土矿物胶结岩石中各种矿物的排列情况也是多种多样的。火山爆发时，熔浆边流动边凝固，造成不同颜色的矿物、玻璃质和气孔沿一定方向呈流状排列，就像河里放木排一样，可以指示熔浆流动的方向，称为流纹构造。海底火山爆发时，熔岩流在海水中形成枕头玄武岩枕状构造状，一块一块互相叠堆，称为枕状构造。

有些岩石中的暗色矿物和浅色矿物相间成条带状排列，称作条带构造。

沉积岩往往是成层状产出的，有的层薄得像纸一样，有的厚达几米。采石工人采石时，凭经验，他们总是顺着岩石的层理开采。岩石的层理是由沉积物的颜色、成分和颗粒大小的不同显示出来的。在有的层面上，还可以见到当时的波浪痕迹。这种痕迹，古代叫作砂痕，现在叫作波痕。条带状构造

岩石的学问，不仅在于它们的组成矿物的多样性、结晶形状的差异性和构造的多变等方面，而且还表现在成因、分布规律与矿产的关系上。几百年来，许多岩石学工作者，夜以继日、年复一年地埋头于岩石研究，在岩石里探索着它的奥秘。

19世纪中叶，岩石学开始成为一门独立的学科。当时资本主义工业迅速发展，对矿产资源的要求与日俱增，随着矿业的发展，积累了大量的矿物和岩石资料，推动了岩石学的发展。在岩石学的发展史上，偏光显微镜的出现是一个转折点。1828年，尼柯尔发明了偏光镜，并装制成了偏光显微镜。后来，英国的索尔比制成岩石薄片，于是开始了用显微镜研究岩石的新时代。波 痕

岩石的研究，大致上可以分为两个阶段。第一阶段是野外地质调查，目的在于弄清岩石的产出状态，与周围岩石的关系，岩石的矿物成分、结构、构造，并大体确定岩石的类型和名称等。第二阶段是在实验室里用各种仪器，如偏光显微镜、X光衍射分析、光谱分析、红外光谱分析、化学分析，对岩石的矿物成分和化学成分作比较精确的鉴定，并对岩石所含微量元素作大型光栅光谱、X荧光光谱、质谱和中子偏光显微镜活化分析等等。

岩石虽然只占地球质量的0.7％，占地球总体积的1.4％。然而，这是一个不小的数字，它的体积竟达1500亿亿立方米，质量有4300亿亿吨。而今，我们能直接观察到的岩石，只是很小的一部分，了解也是很肤浅的。我们深信，随着科学的发展，对于岩石的研究会更深刻，岩石的学问肯定会比现在要多得多。

石从何来

历史上的水火之争

地壳上存在着形形色色的岩石，有稀世之珍的各种宝石和玉石等等，也有能燃烧、会发光的各种岩石；有供人们游览赏玩的奇石、怪石，也有毫不引人注目的铺路石、奠基石等等。面对这些奇岩顽石，人们不禁发问：岩石从何而来呢？岩石是如何形成的呢？我国古代曾有“天星坠地能为石”之说，这是指的陨石；古人看到高山上含螺蚌壳的岩石就说：“此乃昔日之海滨也”，这是对沉积岩而言的。如果我们翻开地学发展史，在启蒙时代的地学界，曾经有过激烈的水火之争，这是一场十分有趣的岩石成因方面的学术论战。

1775年，德国年轻的地质学家魏尔纳，根据化学家波义耳关于晶体从溶液中结晶出来的实验，提出了花岗岩和各种金属矿物都是从原始海水中结晶沉淀出来的理论。魏尔纳完全否认地球上存在火山作用，并把现代的火山活动解释为煤和硫磺燃烧后剩下来的灰烬。他在哈兹看到花岗岩时，认为这里的花岗岩是“山脉的核心”，是原始地壳，断然否认这种岩石与岩浆活动有任何关系。他的弟子们都拥护他的主张，于是形成了以魏尔纳为首的水成学派。水成派的主要论点是：在地球生成的初期，地球表面全被滚烫的“原始海洋”所掩盖。溶解在这个原始海洋中的矿物质逐渐沉淀，从这些溶解物中最先分离出来的东西是一层很厚的花岗岩，随后又沉积了一层一层的结晶岩石。魏尔纳把结晶岩层和其下的花岗岩统称为“原始岩层”。他认为“原始岩层”是地球上最古老的岩石。他还认为，由于后来海水一次又一次下降，露出水平面的原始岩层，经过侵蚀又形成了沉积岩层。他把这些沉积岩层称为“过渡层”。他认为“过渡层”以上含有化石的地层，都是由“原始岩石”变化产生的东西。他硬说其中夹的玄武岩，是沉积物经过地下煤层燃烧形成的灰烬。

由于水成派主张所有的岩石和矿物都是从水中形成的，这个观点完全迎合了圣经中的洪水说，因而得到了教会的支持，从而成为当时最主要的地质学派。

许多在火山地区工作的地质学家以大量事实驳斥了水成派的观点。法国地质学家得马列，在法国中部一个采石场里，发现了黑色的典型的玄武岩，他一步步地追索这个玄武岩体，终于发现了喷出黑色的典型玄武岩的火山口。这一发现完全证明了玄武岩就是火山爆发出来的岩流。这个事实，给水成派以严重的打击。当人们要和得马列争论时，得马列却不愿意和反对者争辩，他只是说：你去看看吧！

主张岩石是由火山作用形成的地质学家，被人们称为“火成派”。

当水成派与火成派的争论传到英国苏格兰南部的爱丁堡时，酷爱地质学的詹姆士·赫顿已经50岁了。他在综合了大量的地质资料以后，毅然参加了反对水成派的行列。由于他谦虚好学，待人诚恳，孜孜不倦地从事地质研究，所以深受大家敬重。在后来反对水成派的斗争中，赫顿成了火成派的领袖。

1785年，赫顿在格仓·提尔特进行地质调查。在那里，他发现了花岗岩不是成层的，而是呈脉状产出的。由一个大岩体向外分枝，并贯穿了上覆的黑色云母片岩和石灰岩，在接触处还引起了石灰岩的变质。这一发现，完全证明了花岗岩的形成时间比石灰岩等岩石要晚，花岗岩是岩浆侵入作用形成的。

为了进一步证明从熔浆中可以结晶出各种矿物晶体的科学道理，赫顿的朋友霍尔特意从意大利维苏威火山地区运来火山岩，把它放在铁厂的高炉中熔化，再让它慢慢冷却，结果成功地证明了赫顿的火成论是正确的。

1788年，赫顿公开宣布了火成论的观点。他认为：由石英、长石等多种矿物结晶所组成的花岗岩，不可能是矿物质在水溶液中结晶出来的产物，而是高温下的熔化物质经过结晶冷却而成的物体。他还认为组成玄武岩的颗粒，大部分也是从熔化状态下逐渐冷却而结晶的产物。

水成派和火成派的争论一直延续了几十年，斗争十分激烈。有一次，两派在苏格兰爱丁堡的古城下开现场讨论会，彼此的指责和咒骂达到了白热的程度，结果用拳头互相殴斗一场，才散了会。

当时，由于水成派借助于教会的势力，因此，火成派处于孤立地位。那时，赫顿连著作都无法刊印。1797年，赫顿在一片围攻声中愤然去世。但火成派的其他志士仍高举旗帜坚持斗争。

后来，魏尔纳的大弟子布赫在法国和意大利的火山地区调查时，发现了火山岩的存在与煤层无关的事实。另一个大弟子洪堡德远渡重洋来到拉丁美洲，在厄瓜多尔首都附近皮晋查的火山口调查时，亲眼看着火山爆发，从此认识到了火山作用的重要性。他们二人对于水成派的反戈一击，就像一颗炸弹在水成派内部爆炸，使水成派瓦解了。

一度沉沦的火成派东山再起，赫顿的著作问世了，他们又活跃在学术领域。不过火成派在强调“火”的作用的同时，对“水”的作用并不否认。

历史上的水火之争，是水火不相容的。由于受科学水平的限制，两派的观点都不同程度地带有片面性。但是争论对于发展中的地质学来说，无疑是作出了一定贡献的，它使地质学向前推进了一步。

稀奇的岩浆湖

在非洲扎伊尔共和国的东部，耸立着一座雄伟的盾形山，海拔3470米。当地人称它叫尼腊贡戈火山。“尼腊贡戈”在当地居民的语言中，是“不要到那里去”的意思。看过电影“火山禁地”的人，都会对尼腊贡戈火岩浆湖山留下深刻的印象。山的顶部，有一个直径为1千米的喷火口，好像巨大的深坑，四周布满了疏松的火山喷发物。就在这深百多米的坑底，有一个长100米，宽300米的岩浆湖，通红炽热的熔浆在湖中翻滚嘶鸣，仿佛是一炉沸腾的钢水，这是大自然的一种壮丽奇观。

美国夏威夷群岛上，基拉韦厄火山也有一个岩浆湖可与尼腊贡戈岩浆湖媲美。基拉韦厄也是一座盾形火山，海拔只有1247米，但它是直接从海底喷出的。如果把水下部分算进去，火山高度达6000多米。山顶上的火山口直径为4024米的椭圆形洼地，深度为130多米。在坑底的西南角，还有一个直径为1000米，深400米的圆形深坑，称为“哈里摩摩”，意思是“永恒的火焰之家”，这里长期存在着一个巨大的岩浆湖。从1851～1894年的40年间，它一共只消失过几个月的时间。

此外，太平洋中西萨摩亚萨瓦伊岛上的马塔伐努火山，在1905年大喷发的火山口里，曾有一个岩浆湖存在7年之久。其他还有一些岩浆湖，如（1938年）尼亚姆拉及拉、（1929年）维苏威、（1951年）硫磺岛和16世纪初中美洲尼加拉瓜的玛沙牙等都有过岩浆湖，但存在的时间都比较短。

岩浆湖里滚烫的熔浆温度高达1000℃～1100℃。岩浆湖上熊熊燃烧的火焰高达4米以上，温度高达1350℃。有人估计，1924年以前的哈里摩摩岩浆湖，每年释放出的热量相当于100万吨左右石油的热量。有人形容尼亚姆拉及拉的岩浆像稀粥一样，就是说岩浆的黏度不大。岩浆黏度的大小与含二氧化硅（SiO）的多少有关，含二氧化硅2（SiO）在52％～65％的酸性岩浆，黏度比较大；含二氧化硅（SiO）22在45％～62％的基性岩浆，它的黏度比较小，流动性比较大。

尼腊贡戈与哈里摩摩岩浆湖的湖面时而升高，时而降低。当地壳深部的岩浆受挤压而上升，到接近地表时，岩浆湖湖面就升高，反之则降低或者消失。在哈里摩摩岩浆通道的顶部，通常塞着一段半固态的熔岩，而液态的岩浆就从下面沿着裂缝涌出，上面形成一个深十几米的岩浆湖，有时湖上还会出现高达几米的岩浆喷泉。

岩浆湖的表面经常会产生暗红色的结皮，好像浮在铁水上的炉渣，堆积起来好像一大捆扭曲着的绳子；结皮不时破坏成饼状，再倾倒沉入白热的岩浆中去。岩浆里所含的气体不断地向外逸散，在湖面上形成一个个飞岩浆喷泉溅着的气泡，并且继续燃烧，发出很美丽的黄绿色火焰。

地下深处蕴藏着的高温熔融物质，温度可达1000℃。岩浆湖里的岩浆就是从这里挤出来的。过去有人认为岩浆呈圈状包围着整个地球。从最近的地球物理资料看来，岩浆只是局部地存在于地壳深处。由于地质时代漫长，所以把岩浆看成是短时期内生成的较为妥当。当岩浆喷出地表后，喷发物堆积成山，就称为火山。如果岩浆在地壳内固结，就形成侵入岩体。

据统计，当今世界上活动着的火山有600多座，它们平均每年向地球表面喷溢出体积达1立方千米的岩浆物质。美国圣·海伦斯火山自1980年5月18日到1982年3月19日，喷出的火山物质约达427亿立方米。通过对火山物质的研究，便知道岩浆的基本性质。岩浆的成分很复杂，主要的化学成分是硅酸盐类。在岩浆中，二氧化硅的含量最大，其次是三氧化二铝、氧化亚铁、氧化钙、氧化镁、氧化钠、氧化钾和水，此外，还含有大量的挥发成分和成矿金属元素。按二氧化硅（SiO）的含量，可把岩浆分为四类，即：超基性岩浆，含二氧化硅2（SiO）小于45％；基性岩浆，含二氧化硅（SiO）45％～52％；中22性岩浆，含二氧化硅（SiO）52％～65％；酸性岩浆，含二氧化硅2（SiO）大于65％。含二氧化硅（SiO）少的基性岩浆黏度小，流动22性大；含二氧化硅（SiO）多的酸性岩浆黏度大、流动性小。2美国圣·海伦斯火山爆发时的情景

地壳深部和上地幔的岩石发生熔融，或者局部熔融而形成岩浆时，它的体积将急剧增大。因为地壳深部的内压力和温度都很高，如果地壳运动比较强烈，致使地壳发生断裂，从而出现局部压力降低的现象。此时，岩浆就必然沿着断裂带向上移动，上升到地壳上部，或喷溢出地面，这就好像高压水枪在高压下，水会从喷孔射出一样。

地壳深处的岩浆，也可以在向上运移的漫长道路上冷却凝固，形成各种各样的侵入岩体。最大的花岗岩体可达数千甚至上万平方千米。人们根据岩浆侵入的深度，分为深成侵入岩和浅成侵入岩两种。

火成岩是由硅酸盐矿物组成的。常见的矿物是长石、石英、黑云母、角闪石、橄榄石和辉石等。前两种称为浅色矿物，或称硅铝矿物，后四种称为暗色矿物，或称铁镁矿物。由硅铝矿物组成的硅铝质岩石，如花岗岩、流纹岩，多呈浅色，有白色、浅灰色、粉红色等。由铁镁矿物组成的铁镁岩石则几乎都是深色的，如深灰、深绿以至黑色。铁镁质岩石较硅铝质岩石的密度要大。大陆上多有硅铝质岩壳层，而大洋下则只有玄武岩和超镁铁质岩壳层。

研究火成岩对于认识地球深部的结构非常重要。大家知道，地球内部具有圈层和不均匀的特点，岩浆可从地球内部把各圈层的物质“捕虏”过来，带到地面上来，从而为研究地球内部物质提供了方便。经研究，人们认为玄武岩中的尖晶石二辉橄榄岩捕虏体是来自50～100千米处的上地幔物质；金伯利岩中含金刚石榴辉岩捕虏体，是来自150千米的上地幔物质。另外，研究火成岩也为了寻找岩石中的矿产，如铬、镍、钻、铂来自超基性岩和基性岩中；钨、锡、钼则与花岗岩有关；斑岩铜矿与安山岩有关等。

沧海桑田话沉积

传说在东汉汉桓帝时，有一位神仙叫麻姑。他应道士王方平的邀请，降临蔡经家里。麻姑很年轻，看上去大约只有18～19岁的样子。王方平感到惊奇，便问她说：“您多大年纪了？”麻姑没有直接回答，只是说：“自从我下凡以来，已经三次看到东海变成桑田。这次我路过蓬莱，看见海水比过去又浅了一半，或许不久又要变为桑田吧！”

这本来是一个神话故事，记载在晋代葛洪编写的《神仙传》里。麻姑是虚构的人物，但麻姑所说的东海会变成桑田却说明，海陆变迁的自然现象早为我们的祖先所觉察，所以才有“沧海桑田”这一成语出现。“沧桑之变”有时就发生在我们身边。例如，大约5000年以前，长江的入海口在江阴附近，现今距东海岸230千米，江阴东面的海域已变为大片的沃土良田了。因为河流携带着大量泥沙，每年足有四五亿吨流入海洋，日积月累，年复一年，使河流入海处的海底升高，原来是海的地方填平为陆地。著名的长江三角洲就是大自然赐给人类的美丽富饶的水乡泽国。我国第三大岛——崇明岛，面积有1083平方千米，它就是长江泥沙填平了大海而占据的地盘，这是沧海变桑田最典型的例证。因此说，麻姑看见东海三次变成陆地，也就不足为奇了。据科学家测算，长江三角洲每40年向海中伸展1千米，现在它仍在偷偷地“侵犯”海龙王的领地。黄河携带入海的泥沙每年平均达16亿吨，据考察，就在几万年前，海水曾直拍太行山脚，山东宣陵是海中的孤岛，黄河入海口在洛阳附近的孟津一带。后来，这一片沧海由黄河带来的泥沙冲积成了平原。而且黄河还多次改道，侵夺淮河和海河的入海道，所以黄河造成的三角洲面积也就更大了。它东北侧与河北省的涞河三角洲接壤，东南与江苏北部的海积平原联成一片。我国首都北京、重要工业城市天津以及历史上的许多古城，如洛阳、开封、安阳等都座落在这个平原之上。“白浪茫茫与海连，平沙浩浩四无边。暮去朝来淘不住，遂令东海变桑田。”白居易的诗形象地描写了这种沧桑之变。

长江和黄河不仅可以作为沧桑之变的例证，而且也是流水对冲积物搬运和沉积的最好说明。

河流三角洲和海里的泥砂以及许许多多溶解在水中的物质是从哪里来的呢？原来，自然界的岩石无论多么坚硬，多么结实，在阳光雨水的长期作用下，必然会发生破坏，有的由整体岩石变成碎块，碎块由大变小，变成砂粒和泥土，有的被水溶解，变成溶液，这些物质可由流水、风和冰川等带到山麓、河岸、湖滨、海滩等适当场所，最后一层一层地沉积下来，再经过长期的压固、胶结，最后疏松的沉积物质就转变成坚硬的岩石了。因此说，沉积岩是经过风化、搬运、沉积和成岩作用四个阶段形成的。

将上述环境中形成的沉积岩与岩浆岩和变质岩比较，就可明显地看出沉积岩具有自己的特色。

含化石是沉积岩的特点之一。世界屋脊——珠穆朗玛峰海拔高达8000多米，峰顶为距今4.1亿～5.15亿年的早奥陶纪石灰岩地层，含笔石、三叶虫、鹦鹉螺等化石，在晚些时间的地层中发现鱼龙化石等。这些动植物化石怎么会在珠峰中的呢？原来在几亿年以前，那里是一片汪洋大海，海中生物繁盛。大海接受了周围流水带来的物质，在漫长的地质年代里不断地沉积下来，并逐渐硬结成为岩石，死亡的生物遗体被埋藏在其中保存下来，就形成了化石。后来，随着地壳强烈变动，海底不断上升，就形成了珠穆朗玛峰。沉积岩中的化石非常幸富，有中新世的蛇化石、鸟化石和玄武蛙化石。珠穆朗玛峰

沉积岩的第二个特点是具有明显的层理构造，如河北蓟县、河南林县和其它许多地区的沉积岩都呈层状产出。许多沉积岩在层面上还保存着当时由风、流水、海浪等形成的波浪、雨痕、泥裂、虫迹等。这些层面特征为我们研究沉积岩的生成环境提供了证据。

沉积岩的第三个特点是具有典型的沉积物质，例如黏土矿物、石膏、硬石膏、磷酸盐矿物、有机质、方解石、白云石和部分菱铁矿等在沉积环境中形成的矿物。

沉积岩分布广泛，在我国960万平方千米的土地上，沉积岩占3／4。目前工农业生产的原料，如钾、磷、铁、锰、铝等有90％以上来自沉积岩，可燃性有机岩，如煤、石油、天然气和油页岩全都产在沉积岩里。特别值得重视的是：目前在沉积岩中还发现有大量的稀有元素、放射性元素以及铀、钍、钒，铜、铅、锌等其他矿产。许多沉积岩本身也是优质的建筑材料。

天星坠地能为石

晴朗的夜晚，月光皎洁，抬头仰望夜空，天幕上缀满了星星。在群星中间，有时候可以看到一颗明星，突然离开了天空，飞快地落下，这就是人们常常提起的流星。流星坠落到地球上，称为陨星或者陨石。

我国研究陨石的历史悠久。《春秋》一书中写道：“僖公十六年，……陨石于宋五，陨星也。”就是说，公元前644年，在宋这个地方，天上掉下来五块石头，并肯定说这石头就是陨星。即“星坠至地，则石也”。

1884年，牛顿计算出在24小时内，整个地球上肉眼可以看得见的流星足足有2000万颗，陨 石每昼夜有3000～20000吨陨石落到地球上来。平常在开阔地方，一小时内光凭肉眼就可以看见4～6颗偶发的流星。但史学家们只记载一些有灾异的陨石。

古代，希腊人已经知道，流星并不真的是星星，因为不论有多少流星坠落下来，天上的星星数目都不见减少。天文学家告诉我们，流星是宇宙中的一粒尘埃，其形状各式各样，“带有芒角”者更是屡见不鲜。大多数流星当坠落到大气层时，与空气摩擦开始燃烧，于是放出带有红色的光亮来，炸裂时带有响声。体积小的流星被烧成灰烬，大体积的流星（5千克以上）燃烧后的残骸，落到地面上来就是陨石。

一般流星的坠落和自由落体情况相似，只不过在空气中受到氧化燃烧和气流的影响不同罢了。历史记载，流星坠落有几种情况：自上而下坠的，称作“流”；在短距离内因受气流的影响自下而上飞驰的，称作“飞”。史家们也常有飞星的记载。公元235年，红色带芒角的流星，三起三落地坠落，按陨石学的研究认为，这是受气流影响而产生的一种蛇行坠落现象。石陨石

到目前为止，在世界范围内收集到的陨石只有近2000块。其中超过一吨重的仅有30多块，最大的一颗重60吨，是1920年在西南非洲找到的，名叫“戈巴”，体积为3×3×1立方米，现在仍保留在发现的原地。第二重的一块为33.2吨，是1818年在格林兰岛上发现的，现在陈列在纽约。第三重的一块是1898年在我国新疆准噶尔盆地东北部的青河县发现的，重30吨，取名“银骆驼”，现在乌鲁木齐博物馆陈列。

1976年3月8日，我国东北吉林地区下了一场世界罕见的陨石雨，共收集到200多块陨石标本，重2600多千克。而1800～1950年的160年间，全球大陆上收集到的陨石标本仅有670多块。可见，收集一块陨石也是很不容易的事。

天文学家和地质学家对陨石进行了长期地研究，测得它的密度为3～8克／立方厘米，比地球外壳的密度大。按成分，陨石可分为三类，即铁陨石、石陨石和石铁陨石。

第一类，石陨石。主要由硅酸盐物质组成，完全是普通石头的模样。密度3～3.5克／立方厘米。石陨石内部往往散布着许多球状颗粒，最大的球粒像豌豆一样大，小的有绿豆大，最小的有芝麻大小，这叫做球粒结构。据考古发现，欧洲旧石器时代的古罗马农民曾利用石陨石来作石器；菲律宾、马来亚新石器时代人，也曾用石陨石来制作石器。

第二类，铁陨石。这种陨石主要由金属铁和镍组成，含铁90％、镍8％，此外还有钴、铜、磷、硫等。外表很像铁块，密度8～8.5克／立方厘米。

人们从古埃及和美索不达米亚等地发掘出来的铁锤是铁镍合金，而且含有少量的的钴。显然，它是用天然合金——陨铁制成的。有人曾在迦勒底地方发现了一把匕首，据考证，是公元前3000年的制成品。由化学分析得知，它是含镍10％的镍铁合铁陨石金，显然，原料是陨石。考古学者认为：公元前几千年，人类在未经开发的地区，努力寻找陨铁，因为他们很想得到纯的金属去制造锐利的武器。多少年来，人们认为陨铁具有特殊的质地，在阿拉伯、蒙古和格林兰等地，直到19世纪，还用陨铁来制造腰刀、匕首、箭头、斧子等武器。

第三类，石铁陨石。含有氧化铁和钠、钙、铝、铜等元素，其外表像石头和铁的混合体。在这类陨石中，硅酸盐物质和铁镍物质的含量差不多，密度5.5～6克／立方厘米，形态各异。其中，有一种“橄榄陨铁”，它像一块铁海绵，中间的空洞被圆形或多角形的玻璃状石质颗粒矿物所充填。另一种叫“中陨铁”，它的本身是石质硅酸盐物质，其闻散布着许多铁镍颗粒。

坠落到地面上的三种陨石，以石陨石的数量最多，占93％；铁陨石比较少见，占5.5％；石铁陨石最少，占1.5％。但博物馆中所收藏的多半是铁陨石，因为铁陨石是金属块，容易被人们认识，而石陨石却经常被人错认为是普通石头，不予重视。

陨石以每秒十几千米的速度向地球飞来，在大气层中摩擦燃烧，表面熔化而形成蚌壳状的气印。熔壳内部，一般是灰色、黑色的石质和铁质组成的固体物质，由铁、镍、钴、镁、硅、氧、铬、锰、钛、锡、铝、钾、钠、钙、砷、磷、氮、硫、氯、碳、氢等元素组成。这些元素和地壳上常见的元素相同。

陨石中还含有生命物质。1969年9月，在澳大利亚坠落的一块碳质球粒陨石。经分析，含有一定数量的碳和水，并含有18种氨基酸和其它有机物。1976年3月8日，我国吉林地区坠落的“吉林陨石雨”中也发现有11种氨基酸和叶啉、色素、异成二稀烃等多种有机化合物。这些有机物质，目前还处于初始状态，一旦条件适宜就能产生出生命来。

一般认为：陨石和行星都是太阳系的早期产物，它们很可能是在相当接近的时间里，相继从原始太阳星云中分离、凝聚而成。陨石的年龄同地球、月球等星体一样，已经46亿岁了。

陨石是我们可以拿到手的天体物质，是从天上“摘”下来的星星，也是送上门来的天然史料。因此，陨石是珍贵的宇宙来客。它不仅为人们带来许多宇宙的信息，并且为许多自然科学研究领域提供了不可多得的情报。因此，引起了天文学家、地质学家和冶金学家的兴趣，也引起了研究宇宙和太阳系起源问题的宇宙论学者的重视。

到月宫去考察

古往今来，每逢中秋佳节，那夜空高悬的皓月，不知引起人们多少神奇的猜想，也不知触发过多少人的情思。人们凭着美妙的幻想，编出许多动听的故事，描绘出像嫦娥、吴刚、月下老人、广寒宫、桂树、玉兔等人和物的形象，表达人们对神秘莫测的月球的向往。近来，随着科学的发展，人们不但可以用望远镜观察月球，还能到月球上去旅行和考察。

1967年7月24日，两名美国宇航员乘坐的阿波罗宇宙飞船在月球上安全着陆，他们走出船舱，向周围瞭望，啊！好宽阔的月面。古人爱把月球比喻成明镜，水晶盘，给人以小巧玲珑的印象。然而，月球却是一个由岩石组成的大球体。它的直径有3476千米，大约是地球直径的1／4，体积是地球的1／49，面积相当于我国的4倍，重量是地球的1／81。月面环形山

月球上面一片荒凉。那里峰峦叠嶂，沟壑纵横。我们所看到的月球上的明暗现象，就是这些高山平原的反映。其中，最引人注目的是那些大大小小的、数以万计的环形山。科学家认为，它们是火山爆发的火山口，或者是陨石撞击月面形成的凹穴。

科学家们形容月球是一个“盛着小包熔岩的硅酸盐密封坩埚”。月球构造大致可以分为三层：最外层是月壳的厚度为40～45千米；中间是月幔，上层月幔厚约240千米，中间月幔厚达480千米以上，这二层均为固态，但具可塑性，内层月幔处于局部熔融状态；中心部分是核，它的温度约1000℃，远不如地球那么热（地核温度为5000℃～6000℃），可能由熔融物质构成。

1967年7月24日，美国的“阿波罗”11号宇宙飞船飞抵月宫，从月球上采集了样品，1969年11月到1972年12月，美国依次完成了阿波罗12、14、15、16、17号五次飞行，共采集月球样品270多千克。1970年9月至1972年2月，苏联L－16和L－20自动站也分别在月球上着陆，并采回少量的月球样品。从1967年人类第一次登上月球以来，已有27名宇航员飞往月球，并采回850多千克月岩样品，对月球上的地质情况有了比较深入地了解。

1978年美国总统卡特送给我国一块阿波罗17号载人飞船取回的月球岩石样品。样品重1.3克，呈深褐色，里边含有一种白色矿物，一种黑色粒状矿物，一种浅蓝色矿物，还有一种浅色矿物。经中国科学院用中子月岩标本活化分析、X光电子能谱、电子探针定量分析、质子激发X射线分析、火花源质谱分析、扫描电镜、热释光测定等国内先进的分析手段分析，发现月岩中含有55种矿物。其中有三斜铁辉石静海岩，新的富锆矿、低铁假板钛矿等五种地球上未曾发现过的新矿物。

宇航员在月球上考察得知，月面上铺满了厚厚的一层土壤和灰尘，人们称它为月壤和月尘。月壤平均厚约4米，由凝聚性很弱的碎片物质组成。月壤的形成主要是陨石撞击月球和火山作用的结果。从化学成分来说，月壤的特点是含镍和锆很高，二氧化钛的含量较低。月壤的颜色为红色、褐色、绿色和黄色。月尘的直径小于1毫米，一般为30微米到1毫米，含有玻璃碎片，斜长石、单斜辉石、钛铁矿、橄榄石、陨硫铁、自然铁碎片和直径小于1毫米的球状镍铁。月尘的颜色与月壤相近，多为红、褐、绿和黄色。

月岩的矿物学和岩石学研究表明，月球岩石与地球岩石有许多相似之处，但月岩全是火成岩，没有沉积岩和变质岩。月球岩石类型可分为月海玄武岩、含有放射性元素的非月海玄武岩、高地岩石（由辉长岩、紫苏辉长岩、斜长岩组成）等五种主要岩石。

月海玄武岩具有气孔，表明它也是由岩浆冷凝形成的。组成月海玄武岩的主要矿物是斜长石、辉石、橄榄石和钛铁矿。同位素测定，岩石的年龄大多数在31.5亿～38.5亿年之间，看来是由月球内部富铁和贫斜长石的岩石，由于放射性加热而部分熔融产生的，不是月壳原始分异的产物。

含有放射性元素的非月海玄武岩、含斜长石较高，而含铁镁矿物较低，地质学家将这种分布在台地和高地上的苏长岩又称为非月海玄武岩。将一种新型的富含钾、稀土及磷的岩石，命名为克里普岩，这种岩石从化学成分看是玄武岩，但其中铀、钍、钾、铷、钡及稀土等元素的含量比较高，甚至比陨石的含量还高5倍。

组成月球台地或高地的岩石叫高地岩石，主要为富铝斜长岩岩石，其中含有70％的斜长辉长岩。

有关岩石的名词术语

岩石圈

岩石圈是地壳和地幔顶部的坚硬岩石部分。厚度约50～150千米。为地球坚硬的表层，虽然外表僵硬，但它在运动中却显示出力量和生机。现在地球上海洋和陆地的位置并不是固定的，有人利用电子计算机把七大洲像拼七巧板一样，拼合得天衣无缝。20世纪初，德国科学家魏格纳认为：大约在2亿年前，地球上岩石圈只有一个洋，所有大陆也都连成一片，后来被裂缝分开，才分离出今天的大洲和大洋。到20世纪50年代后期，由于人们对地球构造的研究从陆地深入到海洋，经过各种调查，了解到世界各地的巨大山脉大多是由海底隆起而形成的，组成这些山脉的岩石厚度已超过1万米。薄薄的地壳具有隔热功能，使地核和地幔的热量聚在地幔的上部界面附近，把岩石形成炽热的岩浆，通过海洋中脊朝地面上挤，正是这种力量导致地球表面像巨大的拼板那样来回移动。

层 理

层理是地壳岩石中一层叠一层的构造。在沉积岩中，由于成分、粗细以及颜色等的逐渐变化，相互更替形成的层层相叠的现象，是沉积岩的重要特征。这是怎样形成的呢？原来沉积物在堆积时，颗粒粗大的砾石最先沉层 理积，依次过渡到砂、粉砂、黏土。春夏之际，水量大，沉积物粗，有机质不易保存，颜色略浅。秋冬之际则相反。不同的年份也不一样，如平常年份洞庭湖里每年泥沙淤积在湖底的厚度是3厘米，大水年份要增加到4厘米以上。这样周而复始，便形成了富有韵律、节奏明显的成层构造。所以，沉积岩中重重叠叠、暗淡相间的层理，犹如地球的史册，记录着岩石沉积时地球环境条件的变迁。

万卷书

万卷书是重重叠叠的薄层岩石，它们的颜色黑白相间，层次分明，平卧在山野，从侧面望去，宛如横锦V在地上的一叠叠书页。中国山东省临朐县山旺这个地方，就有一部举世闻名的大自然的巨著——山旺“万卷书”。山旺“万卷书”原来，在1000多万年前，这里是一个水平如镜的湖泊，一种形体微小的硅藻繁殖得特别茂盛，夏天硅藻死亡少，而且死后容易分解不易保存下来；冬天水枯，泥沙减少，死亡的硅藻、凋落的树叶等有机物质大大增多，有利于有机质在沉积物中保存下来。夏天形成的色浅，冬天形成的色暗，层次分明又比较薄，看起来就很像书页了。中国许多地方都有像这样的“万卷书”。其中贵州省梵净山自然保护区的许多万卷书，层理清晰，其薄如纸，平正地铺叠在大地上，加以许多竖向节理切割，构成凌空垒叠的“万卷书”奇观。不仅造型奇特，而且给人以丰富的联想。

走 向

走向是地质体在地面上的延伸方向。通常是由构造面积水平面的交线——走向线的方向来表示。根据不同的构造面，分别称为岩层面走向、断层面走向、节理面走向、褶皱轴面走向等，山脉的走向也就是山脊线的方向。走向可以用罗盘测定。如果山或谷两翼地层的走向是平行的，那么两翼地层在沿走向延长的方向上是永不相交的。但是两翼地层走向不平行，那么一定会在一个方向合拢，而在另一个方向散开。杭州南高峰和玉皇山之间的青龙山，它的两翼岩层走向是不平行的，所以青龙山的两翼岩层在东北方向慢慢合拢，并且向西湖方向倾伏。山区的公路和铁路的路基常常沿岩层的走向盘山而筑，连中国古代修建的雄伟的万里长城与岩层的走向也是一致的呢！

倾 向

倾向地质构造面由高处指向低处的方向。它与走向垂直，可以用层面上与走向线相垂直并沿斜面向下的一条倾斜线在水平面上的投影所指的方向来表示。所以在野外测定产状要素时，往往只要记录倾向和倾角就可以了。在有的工程建设中必须了解岩层的倾向，例如，蓄水库要求岩层的倾向是向着蓄水库的，这样水库就不会漏水。若岩层的倾向相反，而且地层中又是易于透水或溶蚀的岩层，水库就不可避免要漏水。

倾 角

倾角是岩层层面与水平面所成的夹角。用来表示岩层倾斜的程度。它用层面上与走向线直交的倾斜线和水平面的夹角来表示。我们常见野外弯曲的岩层倾角是不对称的，杭州飞来峰东南翼岩层较西北翼岩层倾角大，南、北高峰之间的青龙山两翼的倾角也是不对称的。当岩层倾角大于45°时，岩层表现为极陡峻的倾向，有的甚至为直立的岩层，表明这些岩层的埋藏条件受到很大的破坏。如果岩层成分又含有粘质岩石，人们应该注意这些岩层可能会滑落崩塌，不能在这里修筑重要的建筑物。

整 合

整合是新老两岩层的走向和倾向基本一致，而且它们之间在沉积过程中没有间断的一种接触关系。这种现象产生的原因，主要是沉积地区的地壳很长时间都比较稳定，地壳可能缓慢地下降，沉积地区不断接受沉积物；或者地壳虽然在上升，但是沉积地区还能不断接受沉积物，于是就形成层次分明、层层相叠的岩层。仔细观察岩石的性质，会发现它们是渐渐地变化的，如果能够找到生物化石的话，会发现生物也是渐渐地变化的。如果岩层中的颗粒从下向上由粗变细，例如由砂岩逐渐变为砂质页岩、页岩、泥质页岩……那么就可以判断岩层在沉积时，地壳是在不断地下降；反过来，就是在缓慢地上升。借助整合，可研究岩层形成时的环境。

不整合

不整合是新老两岩层的产状明显不一致的接触关系。当水平沉积的沉积物强烈地变位形成褶皱以后，新的沉积物在褶皱上形成水平层理的覆盖层，我们就可发现岩石的上下地层“不和谐”的接触。

在河南登封县少林寺一带，不仅庙宇壮观、景色迷人，而且这里出露的两种岩层，上面是近于水平的砾岩，下面的紫红色页岩则与砾岩有个交角，两种岩层接触是斜交的，看上去非常不和谐，像在“吵嘴”。这儿不和谐的岩层接触现象是怎样形成的呢？在距今6.2亿年左右，华北地区曾发生了一次比较强烈的地壳运动，使原先水平的页岩隆起成山，过了1亿年后，地壳又下降，又有新的沉积物沉积在上面，于是就有了不和谐的两层岩层。这是很典型的不整合。不整合现象不仅能说明地壳运动、古地理环境和古生物的变化，而且可以指明某些矿产的分布。不整合面上常富集铝、铁、锰等重要的矿产资源。

假整合

假整合也称“平行不整合”。是新老两岩层的产状大致相同，但是它们之间。有广泛而明显的剥蚀面的接触关系。在地壳运动比较稳定的沉积层的老岩层，由于地壳平缓地上升而露出水面，受到风化剥蚀。一个时期中地壳没有发生强烈的运动，以后地壳又平缓地下降，在剥蚀面上又沉积了新的岩层，这样就形成了假整合。露出水面的老岩层如果遭受剥蚀比较强烈，时间又长，常常会形成起伏不平的形状，相反，表面就比较平整，这也就是当时的地貌。遭受剥蚀的岩层表面，那些破碎砾石很难被搬走，新的沉积物包围住它，经过粘结和压实便形成了一层砾岩层，它是新岩层的底部，所以又叫“底砾层”，这是判断假整合的一个明显标志。

褶 皱

褶皱是岩层产生像波浪一样弯曲的现象。把一块布摊平在桌面上，用手从两边向中间一挤，就会看到波浪般的弯曲。同样的道理，强烈的地壳运动会使水平岩层产生褶皱。一个弯曲叫做“褶曲”，可以分为向上拱起的背斜和向下拗曲的向斜。褶皱是地表形态的基础，褶皱大时，会形成峰峦起伏的山脉，世界上许多高山都是褶皱山脉，如亚洲的喜马拉雅山和欧洲的阿尔卑斯山脉都是褶皱山脉。如果你留心注意采石场、公路或者山崖的岩壁，有时会发觉弯曲的岩层，这是规模较小的褶皱。最小的褶皱还能放在手掌上呢！背 斜

背斜是岩层向上凸起的褶曲。在岩层沉积形成的过程中，总是老的岩层在下，新的岩层在上，所以向上凸起之后，老的就在中间，新的则分列在像屋顶似的两翼上了。如果背斜出露地表，而且没有受到剥蚀破坏，我们只要看它的形态就能认出它来。但是在外力作用的长期侵蚀下，形态往往会遭受破坏，那么就只能根据新的岩层在两翼，老的岩层在中间的标志来辨认了。判别岩层的背斜在生产建设中很有意义，譬如我们在地表发现了两处煤层的露头，它们向外倾斜，如果简单地把它认为是向斜，以为地下煤层会相连，这就错了。其实它的中间是老岩层，而两边倒是新岩层，原来是一个被剥蚀的背斜，地底下的煤层不会相连。如果贸然往下打井，找不到煤层，会浪费精力和物力。向 斜

向斜是岩层向下凹进的褶曲。从岩层的新老关系排列来看，中心部分岩层较新，而两翼岩层则越来越老。在野外，我们可以根据这个规律来辨认，当你站在杭州飞来峰南面公园的草坪上望飞来峰，可以见到那里的石灰岩的形态是一层一层向下弯曲着，这就是飞来峰向斜层。假如我们从天马山向西北走，穿过飞来峰直奔北高峰，在路上先会看到时代较老的砂岩，中途看到时代较新的飞来蜂石灰岩，最后又出现了时代较老的砂岩。但是在长期的外力侵蚀作用下，由于岩层遭到不同程度的破坏，改变了地形的原貌，也会出现背斜成谷、向斜反而成山的地形倒置的现象。一般认为，在向斜地区建设水库有利于蓄水。

断 裂

断裂是岩石承受不了所受到的作用力时产生的破裂。岩石有弹性，受力时会像橡皮筋那样改变形态。外力解除后，就能恢复原状，不过它的弹性不大，超过一定范围时，就不能恢复原状而破裂了。按岩石破裂状况，可分为节理、劈理和断层三类。破裂的程度有强有弱，规模也有大有小。大的一条断层长达几千千米，沿断裂面错动的距离也有几十千米，断裂深度可达地壳底部。小的则在一块岩石上就有许许多多的节理，在北京中山公园有个社稷坛，西边台阶的大理石上布满了密密麻麻的裂缝，很有规律地彼此交叉着，组成了一个个菱形的格子。科学家们常根据这些图像来研究地壳运动的方向，他们认为锐角所指的方向，就是当初大理石在地壳中所受到压力的方向。节 理

节理是岩石断裂的一种形式。和断层不同，它的破裂面两侧的岩石没有明显的相对移动。几乎所有的岩石中都有节理，多半成群出现，大小不一，疏密不足，有的相互平行，有的纵横交错。节理往往是岩石较薄弱的地节 理方，长期的外力作用会使它风化剥蚀掉，犹如经过鬼斧神工的雕琢切削，形成令人叹为观止的奇景。有的像插在地上的一炷巨香；有的如地底冒出的巨笋直指青天；有的成了巨石相夹的石缝，抬头只能望见一线天空；有的变为悬石危岩中的羊肠小道。富含节理的岩层有利于地下水的运动和聚集，常会出露泉水和瀑布。节理多的岩石容易破碎，所以在修筑隧道、矿井、坑道等地下工程前，必须先对节理状况作详细地调查，以防可能引起的破坏作用。断 层

断层沿着断裂面（带），两侧的岩层发生明显的上下或左右移动的一种断裂。断裂面称为“断层面”，两侧的岩块称为“盘”。如果断层面是倾斜的，在断层面上面的一盘称“上盘”，下面的一盘称“下盘”。如果断层面是直立的，往往以方向来说明，如东盘或西盘，左盘或右盘。根据断层的两盘相对移动的状况可分为正断层、逆断层和平移断层。断层规模大小不等，1976年唐山发生地震后，我们在那里可看到，原来平坦的道路变得坎坷不平，上下错动60～70厘米，水平方向的错距更大，达到120厘米，甚至250厘米，使林荫道旁原来排成一列的树木，被断裂错开成为不连续的两行。两侧岩层垂直错动最大的一次，要数1899年在美国阿拉斯加大地震所创的141米的记录。断层同样存在于海底，如东太平洋海底高原被东西方向的十几个断层分隔开来，这些断层各自向东西方向延伸了1600千米。断层会形成奇特的景观，如由于秦岭上升而形成的华山，就是一座以险峻闻名于世的断层山，而下降的一侧由流水带来泥沙充填，造成了八百里秦川的沃野。在台湾东海岸，雄伟的海岸悬崖也是大断层创造的奇迹。不过断层也会带来危害，它是导致地震的重要原因，所以工程建筑及水利建设时必须考虑断层这个因素。正断层

正断层是断层的上盘沿着断层面相对下降，下盘相对上升的断层。断层面倾角较陡，通常在45°以上。正断层形成时岩层沿着地壳的裂缝发生错动，于是地层的水平距离被拉长了。在地形上，有的形成平直的陡崖，有的沿断层线常表现为河谷、冲沟，有的出现泉和湖泊等。在自然界，断层往往成群出现，一般两条或两组正断层之间的岩块相对下降，两边岩块相对上升。相对下降的岩块叫地堑，它常形成狭长的凹陷地带，如东非大裂谷、欧洲的莱茵河谷、中国陕西省的渭河谷地和山西省的汾河谷地。一般两条或两组正断层之间的岩块相对上升，两边岩块相对下降。相对上升的岩块叫地垒，它常形成块状山地，如天山、阿尔泰山、庐山、泰山等。逆断层

逆断层的上盘沿着断层面相对向上，下盘相对下降的断层。这种挪动岩层的现象是怎样形成的呢？它与水平挤压运动有关。当岩层两侧受到强烈的挤压发生褶皱，而且使向斜和背斜中间产生裂缝时，一侧岩层沿断裂面推进，覆盖在另一侧岩层之上，然后出现了岩层上盘掩盖着下盘的现象，使年代老的岩层，覆盖在年代较新的岩层上，于是地层的水平距离也有了显著缩短。循岩层断裂带，岩浆活动、含矿溶液乘隙而入，形成金属矿床。逆断层与金属矿床的形状和位置有很大关系，当金属矿床被切断时，似乎突然消失，如果掌握了断层的性质和断开的距离，就可以判断矿床的去向，继续开采。

造山运动

节理是岩石断裂的一种形式。和断层不同，它的破裂面两侧的岩石没有明显的相对移动。几乎所有的岩石中都有节理，多半成群出现，大小不一，疏密不足，有的相互平行，有的纵横交错。节理往往是岩石较薄弱的地方，长期的外力作用会使它风化剥蚀掉，犹如经过鬼斧神工的雕琢切削，形成令人叹为观止的奇造山运动景。有的像插在地上的一炷巨香；有的如地底冒出的巨笋直指青天；有的成了巨石相夹的石缝，抬头只能望见一线天空；有的变为悬石危岩中的羊肠小道。富含节理的岩层有利于地下水的运动和聚集，常会出露泉水和瀑布。节理多的岩石容易破碎，所以在修筑隧道、矿井、坑道等地下工程前，必须先对节理状况作详细地调查，以防可能引起的破坏作用。

喜马拉雅运动

喜马拉雅运动简称“喜山运动”。是发生于距今7000万～300万年的一次造山运动。这次运动使整个古地中海发生了强烈的褶皱，地球上出现了横贯东西的巨大山脉，其中包括北非的阿特拉斯，欧洲的比利牛斯、阿尔卑斯、喀尔巴阡以及向东延伸的高加索和喜马拉雅山脉，它们是世界上最年轻的褶皱山脉，至今还保持着高峻雄伟的姿态。环太平洋的北美海岸山脉，南美安第斯山脉以及西伯利亚的堪察加半岛，日本，中国台湾，菲律宾，印度尼西亚，新西兰等地也在这时升起，这些都是地壳的最新褶皱带，这些地区也是现代火山和地震活动最为频繁的地区。喜马拉雅运动之后，中国境内的海陆分布和山川形势已基本与现代相似。

水平运动

水平运动是沿着与地球半径相垂直的方向进行的地壳运动。有点像我们用手平推桌布，桌布就会皱起一样，地壳岩层的水平移动使地壳岩层在水平方向上受到挤压力，形成巨大而强烈的褶皱和断裂等构造，使地表起伏加大。世界上许多高山、大洋都是水平运动造成的，地壳从古到今都有水平运动，所以我们到处可以看见运动留下的结果。例如，1926～1935年间欧洲与美洲之间的距离，平均每年增加65厘米；美国西部著名的圣安得列斯断层是在15亿年以前形成的，断层两侧同一岩层的总错距已达480千米。科学家根据对水平运动的研究，认为日本列岛正以18厘米／年的速度向亚洲大陆靠近，它是否会和亚洲大陆会合，引起了人们的兴趣。类似的还有夏威夷以51厘米／年的速度靠近北美大陆。更有趣的是澳大利亚大陆正以6厘米／年的速度向北移动，使澳大利亚有朝一日可能脱离副热干旱带而进入赤道多雨区，从而结束澳大利亚大陆的干旱史。

垂直运动

垂直运动是沿着地球半径方向进行的缓慢升降的地壳运动。常表现为大规模的隆起和凹陷，并引起地势高低起伏的变化和海陆变迁。意大利那不勒斯海湾沿岸有3根高约12米的大理石柱，它们是垂直运动的见证。石柱原是一座古建筑的一部分，建于公元前2世纪古罗马时代。公元79年维苏威火山喷发后，石柱被火山灰掩埋了36米。以后这里渐渐下沉，到公元15世纪时石柱被海水掩埋了6米以上，海里的动物剥蚀着石柱，使36～63米处布满了密密麻麻的小孔。此后，这里又开始上升，到了18世纪，石柱又重新位于海面以上。从19世纪初期开始，这里再次下沉，到1955年石柱又被海水掩没了25米，地壳下沉速度超过2厘米／年，可见那不勒斯海湾沿岸正处于交替的升降运动之中。垂直运动还可能是很剧烈的，1692年牙买加岛发生一次地震，就使首府罗叶尔港的3／4沉入海底，许多年之后，在风平浪静的日子里，人们还能看见淹没在水下的一幢幢房屋。

板块运动

板块运动指岩石圈分裂为板块的运动。这是科学家在大陆漂移和海底扩张的基础上提出的看法。岩石圈不是完整的一层坚硬外壳，而是由一块块板块构成的，它们像木块浮在水面上一样漂浮在软流层上面。粗略地可分为太平洋板块、亚欧板块、美洲板块、印度洋板块、非洲板块和板块运动南极洲板块等六大块。随着软流层的运动，各个板块也发生水平运动。它们可以相互分开、聚合、移动。板块运动会激起地震和火山活动，会造海建山，改变地球的外貌。例如，地球上本没有大西洋，大约在2亿年前，美洲、欧洲和非洲之间出现了裂缝，板块分开，裂缝便扩大为S形的大西洋，原来是欧洲大陆一部分的英国，也在这个运动中分离成和欧洲大陆隔海相望的岛屿。

火 山

火山是地球内部炽热的岩浆，沿着地壳裂缝所形成的通道冲出地表时，喷出的熔岩和碎屑在火山口及四周堆积而成的山丘或高地。按它的爆发时间可分为活火山、休眠火山和死火山。有的火山喷发时，地球表面像被炸开了一个天窗，炽热的岩浆、水蒸汽、围岩碎屑及其他气体冲入天际，腾起熊熊火陷，辉煌夺目；还有的火山喷发时，炽热的岩浆火山喷发涌出地表顺坡流下，像火龙蜿蜒一样，景象都十分壮观。世界上最猛烈、破坏性最大的一次火山喷发是发生在公元前1470年爱琴海的桑托林岛火山，这次喷发激起了50多米高的海浪，摧毁了约130千米以外克里特岛上的米诺文明中心。火山喷发会给人类带来巨大的灾难，如破坏地表、冲毁建筑、堵塞河流、污染环境等；但也会给人类提供不可估量的益处，如火山灰冲积土肥力极高，有利于种植业的发展，火山活动地区常有丰富的金属、硫黄和地热资源，火山喷发物又是一种重要的建筑材料，有的火山分布地区还被辟为游览疗养区。熔岩流

熔岩流是火山爆发时液态喷发物。熔融状态时的熔岩，就像炼钢炉中的钢水，它的温度一般在1100℃左右，最高可以达到1300℃。温度高、流动性强的熔岩自火山口溢出地面，像火山口伸出的一条巨大舌头不断地向熔岩流前伸展，当熔岩来源充足、地势适宜时，熔岩的流动范围会很广很远。例如，公元1783年冰岛拉基火山在喷发时，喷出的熔岩体积在12立方千米以上，被熔岩流所覆盖的面积约为565平方千米，熔岩流长达70千米，犹如一条条长长的火河奔流而下。熔岩流的速度一般为15千米／时，除与熔岩的成分、性质和温度有关外，还受到地形的影响。随着温度降低，以及所含气体的逐渐散失，速度便要减慢，直到停止。如熔岩温度高、地形坡度陡时，流速也就快，如果流入河谷中，受河床的约束，还会加快流动，曾有过45～65千米／时的记录。熔岩流凝结后在地面形成特殊的形态，如绳状、块状、枕状以及熔岩钟乳等千姿百态的自然景象。熔岩湖

熔岩湖在火山口或破火山口的洼地中，蓄积的不是一般的水，而是聚集了能长期保持液态、高温熔融的岩浆。它下连火山通道，四周有凝固的熔岩堤坝，在火山活动时，湖面升高，熔岩可越过堤坝，向外溢出，甚至向空中喷起。这种熔岩湖多数尼腊贡戈火山的熔岩湖都是由流动性强的基性熔岩构成，面积时大时小。世界上最典型、最活跃的熔岩湖是夏威夷岛基拉韦厄火山和扎伊尔尼腊贡戈火山的火山熔岩湖。尼腊贡戈火山坐落在非洲中部著名的维龙加火山群中，距戈马市约20千米，海拔3470米，20世纪以来，火山活动频繁，在火山顶上的熔岩湖中熔融的岩浆翻滚，湖面像一弯新月，长400米、宽100米，火山活动时，湖面温度可达1200℃，并不断升起一股股灰白色的烟柱。因此，山顶终年被浓密的火山烟雾笼罩着。1972年和1975年，这个熔岩湖曾两次溢出和喷发，在相隔100多千米的地方，就可以看到喷发的壮丽景色，尤其是在戈马市看火山爆发时的夜景，如同观赏烟火一样，绚丽多彩。

露 头

露头是地下岩体、地层和矿床等露出地表的部分。那些由于地质作用（如地壳变动、风和水流的侵蚀等）而出露地表的，叫做天然露头。例如山区峡谷两边的陡崖峭壁、江河边的岸壁等；那些由于人为的作用（如开山、筑路等）而出露地表的，叫做人工露头，如隧洞的四壁、采石场的采石面和公路、铁道的路堑两壁等。露头越新鲜，就越能清楚地反映地下岩体、地层等的情况。一般说来，人工露头要比天然露头新鲜，但是人工露头的规模要比天然露头小。在野外地质观察中，通过露头可以了解岩体的岩石性质；可以测量地层的产状，掌握地壳变动的情况；还可以在露头中寻找化石，从而判断地层的地质年代等。如果发现露头中含有有用矿物，还可以推知地壳深处的矿产种类和蕴藏情况，为开发地下宝藏提供有力的证据呢！

化 石

化石是保存在地层中的古代生物的遗体、遗迹和遗物的总称。一般认为，大部分生物死后，遗体不是被其他动物吃掉，就是被细菌分解腐烂掉，那些坚硬的骨胳、介壳之类也会遭到风吹、雨淋、日晒而变成粉末，随风吹走或被流水带走。只有那些死后迅速被泥沙掩埋，并且和空气隔绝的生物遗体，经过其他矿物质置换等石化作用，才能慢慢形成为化石。按照化石的保存特点可以分为实体化石、印模化石和遗迹化石三种。化石是古代生物存在的证据。根据生物由低级到高级、由简单到复杂的演化规律，化石又可以帮助人们来确定地层形成的年代，作为划分地层地质年代的主要根据。化 石标准化石

标准化石是地质学里用来确定地层生成年代和环境的化石。什么样的化石才能成为标准化石呢？首先，形成化石的生物在地质历史上生活的时间必须短些，如三叶虫只生活在古生代的早期，纺锤蜒只生活在古生代的晚期，那么只要在地层里找到它们的化石，就可以知道这段地层的形成年代。其次，这些生物在当时应该很繁盛，分布的范围应该比较广阔，这样才可能在许多地方都形成化石，人们可以比较容易找到它们。在不同的地区和不同岩石性质的地层中，只要发现同一种标准化石，就可以认为它们是在同一时代形成的。在用放射性同位素来测定地层年龄之前，主要就是用标准化石来确定地层年代的。三叶虫化石

三叶虫是早已绝灭的和现代小龙虾有关系的古生代节肢动物。现在只能见到它的化石，一般长几厘米，最大的可达70厘米，最小的仅几毫米。它像一片椭圆的树叶，横分为头、尾和身体三部分，身体两侧对称，背部中央两条纵向背沟组成轴叶，两三叶虫化石边为两个侧叶，所以叫做“三叶虫”。它们大多数聚集在海底游移生活，在整个古生代中它经历了兴起、繁盛、衰落、残余和绝灭等过程，所以三叶虫化石是早古生代的标准化石。如果再仔细研究它不同的种类，还可以区分出究竟是古生代中哪个纪的产物呢！

中国三叶虫化石非常丰富，明代曾有人在山东大汶口捡到一块35厘米左右大的石块，石头上有近百个“蝙蝠”，有的如振翅飞翔，有的似卧在石上，连翅膀和肌肉都好像看得很清楚，他把这块石头做成一方砚台，叫它为“多蝠砚”。1914年地质学家章鸿钊先生在大汶口看到当地许多人在开采“蝙蝠石”，于是就带了些标本进行研究，原来这些“蝙蝠”是一种三叶虫——潘氏镰尾虫的尾部化石，两侧有两根粗壮的大刺分别向后伸展，就像蝙蝠的翅膀，而尾轴由于化石模糊不清，看上去像蝙蝠的身躯，从此揭开了“蝙蝠石”之谜。不过为纪念山东一带古代劳动人民对这个化石的最早认识，人们仍叫它为“蝙蝠石”。原始鱼化石

原始鱼是最早出现的脊椎动物。现在见到最早的是奥陶纪的无颌类的星甲鱼化石，它们的口腔没有骨头，身体上披着厚沉的骨片，外表像鱼形，是鱼类的祖先。到了志留纪才成为有了口腔有骨头的真正的有颌类鱼。泥盆纪时鱼类繁盛起来，种类和数量都很多，是当时最高等、最普遍的动物，不过这些鱼大多数都披着甲壳，像古代的武士身穿铠甲一样，人们把它们统称为“甲胄鱼类”。鱼化石在各个地质时期都有，中国南方泥盆纪的头甲鱼化石分布很广，新疆、江苏、浙江等地还发现二叠纪的鳕鱼化石等。除了化石之外，人们还在印度洋中找到一种拉蒂迈鱼，从它的身上，可以看出生活在泥盆纪的空棘鱼类的大概模样。

矿物与岩石

地壳化学成分

地壳中各种各样的物质，是由90多种自然存在的化学元素以不同的方式组成的。其中含量最多的是氧，约占地壳总重量的一半；其次是硅，约占1／4多；第三位是铝；第四位是铁。它们所组成的金属在人类生活中占有首要地位，几乎到处都可以见到。接下去是钙、钠、钾、镁，是土壤中营养成分的主要组成部分。这八种元素加在一起，占了地壳总重量的97.13％，其余80多种元素的总重量还不到3％。许多重要的金属元素在地壳中的含量很少，如铜只占0.01％，金占0.0000005％，但是在一定的地质作用下，它们可以在一定的地方聚集起来，形成有价值的矿产。地球中地壳是人类可以直接研究和利用的部分，掌握地壳的化学成分，对人类的生存和发展具有很重要的意义。

矿 物

矿物是组成地球上所有的岩石、矿石和土壤的基础物质。现在已发现的矿物有3000种左右，常见的只有50～60种。它们大多为固态的，只有很少部分是液态和气态的，像石油、水银是液态的，天然气是气态的。不同的矿物在外形和性质上是不同的，一般把矿物分为金属矿物和非金属矿物。从矿物的颜色、硬度、光泽、气味等特性，可以把它们区分出来。例如，铁矿是黑色的，而辰砂是红色的；金刚石硬得可以刻动玻璃，而滑石却可被指甲刻出痕迹；黄铁矿有耀眼的金属光泽，而石盐有玻璃光泽，最有意思的是用火烧雄黄和雌黄时，会发出大蒜一样的气味。自然金

自然金是自然界密度较大的矿物之一，约是同样大的一块铁的重量的2.4倍，比常见的石头重6倍多。外表黄灿灿、光闪闪的。一般以不规则的小颗粒出现。偶然也有较大的块体。它被称为“百金之王”、金属中的“贵族”，是国际通用的货币。用它自然金做成的各种装饰品，价值同样十分昂贵。自然金可分为脉金和沙金两种，脉金多分布在地壳有断裂的地方。当这些地方的金属矿石被风化破碎后，常与泥沙一道被流水冲到别处，在水流减慢或停止时沉积下来，就形成了沙金矿，所以自古就有沙里淘金一说。金在自然界很少，地壳中平均每吨岩石里仅含金0.005克！而分布倒是很广。因此，即使是金矿，矿石中的含金量仍然是很低的。如颗粒最细小的“粉金”，28000多颗才重1克！然而，在有些得天独厚的地方，却会形成巨大的天然金块，俗称“狗头金”。目前，世界上发现狗头金最多的国家是澳大利亚。已知最大的狗头金重285千克，发现于美国加利福尼亚州。中国最近几年在黑龙江、湖南、山东、四川等省也不断发现狗头金。如四川省的昌台地区近年来采得大小狗头金数以千计，大于500克的就有11块。其中最大的两块分别为4200克和4800.4克。

科学家们发现海水和岩石一样含有黄金，虽然平均每吨海水含金只有0.004～0.02毫克，但是海洋很大，有人估计海水中所有的黄金加在一起至少有1000万吨，远远超过陆地的黄金总量。目前所知，加勒比海的海水中含金量最高，每吨海水含金高达15～18毫克，比一般海水含金量高出很多。取得海水很方便，所以有人尝试从海水中取金，美国有人对15吨海水进行加工，从中获得0.09毫克的金，虽然加工费用很高，但是却很令人鼓舞，将来只要找到一种廉价的加工方法，人类就可以从海水中大规模地提取黄金了。水 银

水银学名叫做“汞”，是一种光泽强、很容易流动的银白色液态金属。在自然界中常以液态小球状分散在一些岩石中，所以又叫它“自然汞”。水银有不少有趣的性质：在356.58℃时沸腾气化，不过其蒸汽有剧毒；在－38.87℃时凝固成美丽的银蓝色固体；它的密度很大，能自行聚成滚来滚去的小球珠；它有明显常温下唯一的液态金属——贡而又规则的膨胀性，利用这点，人们用它制作温度计；它还具有很强的溶解其他金属的本领，除了铁以外，几乎能与所有金属“友好相处”——形成汞合金。水银在工业、农业、美术、医学、现代国防和宇航科学方面的用途达1000多种。金刚石

金刚石是自然界最硬的矿物，也是一种极贵重的宝石。金刚石经得起强酸、强碱的腐蚀，甚至不怕700℃的高温。纯净的金刚石无色透明，但较多见的有黄、蓝、褐等颜色，都有很亮的光泽。金刚石的生成条件是高温高压，通常在火山口里面形成。有时，由于雨水和温度的变化等原因，使含有金刚石的岩石破碎，又被流水带往地势较低的地方，所以金刚石也可以在一些河流流域被发现。透明、色美的金刚石经琢磨后，叫做“钻石”。由于质地坚硬，它的表面一旦磨光，就再也不会产生“伤痕”，灿烂的光辉永远不会消失，所以是昂贵的装饰品，享有“宝石之王”的美誉。金刚石还能划玻璃，做唱机的针尖、牙科手术用的钻头和矿山钻探机的钻头等。天然金刚石

世界上最大的一颗金刚石是1905年在南非的一个金刚石矿中发现的，以矿主的名字命名为“库利南”。它纯净，浅蓝色，重3106克拉（计量宝石的重量单位，1克拉＝0.2克），差不多有一个男子的拳头那么大。后来被加工成9颗大钻和96颗小钻，全为英国皇室所占有。中国最大的宝石级天然金刚石叫“常林钻石”，是1977年在山东临沭县常林发现的。为浅黄色的透明体，重158.786克拉。王冠上的库利南1号石 墨石墨是一种铁黑色的非金属矿，质软，在纸上划过能留下黑色痕迹，用手摸它还会污手。有滑腻感。通常由煤或含碳的岩石“变质”而成。石墨最平常的用途是与黏土按一定的比例制成铅笔芯，供人们写字用。此外，它不怕高温，也不怕酸碱腐蚀，能石 墨导电，还具有润滑作用。人们用它制作化学上用于加热的高温坩埚；在融熔的炼钢炉上别的金属会被氧化或熔化，它却不会，炼钢炉上的电极非它不可；机器长久运转需要润滑油，可是在高温条件下，其他一切润滑油都无济于事，只有它，正好能施展高级润滑剂的本领；非常纯的石墨，还能在原子反应堆中作减速剂。辰 砂

辰砂俗称“朱砂”，是一种朱红色的矿物。因为中国古代的辰州（今湖南沅陵）所产最佳，从而得名。常由地壳中的水所带的汞物质与硫结合而成。辰砂是炼汞的最主要原料。中国古代很早就把它作为中药和颜料。作为中药，可治癫狂、惊悸和失眠等病。作为颜料，有色泽鲜红明丽、辰 砂经历很长时间也不褪色的优点。如长沙马王堆一号汉墓里出土的朱红菱纹罗锦袍上的朱红色，就是辰砂所染，经过2000多年，还十分鲜艳。现代的高级绘画颜料银珠，也是由辰砂研细而成的粉末，用以绘画，永不褪色。

1980年，在贵州高原上的万山汞矿区，发现了一块长65.4毫米、宽35毫米、高37毫米、净重237克的辰砂晶体，为世界之最，故名“辰砂王”，现藏北京地质博物馆。黄铁矿黄铁矿是一种浅黄色的矿物。结晶体常为立方形，表面有条纹。由于它含有的硫比铁还多，所以又叫“硫铁矿”。主要用于提取硫黄，制造硫酸。黄铁矿经过长期的日硒雨淋，里面的硫会被流水溶解带走，而变成炼铁的矿物——褐铁矿。黄铁矿在地壳中分布很广。它有很强的金属光泽，由于颜色、光泽和自然金相似，常被误认为是黄金，所以有人也叫它“愚人金”。不过要区别它们很容易，俗话说，真金黄铁矿不怕火，用火一烧黄铁矿就会冒烟，并且发出很难闻的臭味，假黄金的狐狸尾巴就露出来了。锰结核

锰结核是在大洋底部的一种有生物骨胳或岩石碎片内核的矿石团块。小的直径不到1厘米，大的有1吨多重。它除了主要含有锰和铁元素之外，还有铜、锌、铅、钼、金、银、镍、钴等38种金属元素。它能够吸收海底的元素，由小变大地自我生长，所以有活矿石之称。据估计，全世界大洋底部有3万亿吨的锰结核。其中太平洋可达1.7万亿吨，里面大约含锰4000亿吨、铁2320亿吨、钴58亿吨、镍64亿吨、铜55亿吨、锌7.8亿吨……这些都是工业生产中十分需要的金属矿产，它们的数量又大大超过陆地上同样矿产的储量，所以人们一直在研究怎样既经济又有效地把它们从海底捞上来。美国有人从900米深的地方每天采到1600吨锰结核。科学家们曾经预言：21世纪主要开采的矿产就是锰结核。锰结核刚 玉

刚玉是一种硬度仅次于金刚石，也可以作宝石的矿物。与金刚石是一对“姐妹宝石”。有很亮的玻璃光泽。五颜六色的都有，其中红、蓝、白、金、黑五种颜色的透明体是刚玉类宝石中的五大珍品。分别叫做“红宝石”、“蓝宝石”、“白宝石”、“金宝石”和“黑宝石”。最著名的是红宝石和蓝宝石。那些像星星一刚 玉样闪光的刚玉，叫做“星彩刚玉”，较为名贵。除了做宝石，刚玉还被用作耐火材料、精密仪器的轴承和用来磨制精度和表面光洁度要求很高的产品。

世界上历史悠久和最出名的宝石级刚玉产地在缅甸，那里曾产出许多著名的刚玉宝石。如藏于不列颠博物馆的690克拉红宝石晶体和“伊朗皇冠”上84颗11克拉的红宝石扣子，都是缅甸的名产。萤 石萤石是一种在紫外线照射下或加热后能发出荧光的矿物。因含氟的成分最多，又名“氟石”。常见的有绿、白、黄、蓝、紫等色，纯净的萤石无色，但很少见。萤石是火山喷出的含氟物质富集、冷却而形成的，它常在岩石空隙的内壁上结晶，甚至成群地聚集在较大的岩石空洞里，形成萤 石美丽的晶洞。中国是出产萤石最多的国家之一，分布也很广。萤石是冶铁的熔剂，可用以提高铁矿石的易熔性和炉渣的流动性，还有利于去除铁矿石中的有害杂质。无色透明的萤石是优质光学仪器的透镜原料。色彩艳丽的大块萤石被称为“软水晶”，可以琢磨成欣赏石。红宝石

红宝石是红色透明的刚玉。因产量远比蓝宝石稀少，并且颗粒大的很少见，所以比蓝宝石更为珍贵。常见的有粉红、玫瑰红、紫红、血红等各种颜色。以血红者为最佳，俗称“鸽血红”。纯正的“鸽血红”在白炽光的辉映下，色彩艳丽动人，好像早晨刚刚升起的旭日，又如傍晚天边的彩霞。一颗“鸽血红”要比同样红宝石重的钻石还贵重。在中国故宫博物院的珍宝室里，陈列有好几颗红宝石，都属稀世珍宝。红宝石除作装饰品外，还被用作钟表和精密仪器的轴承。手表中的红宝石被习惯地称为“钻”，如17钻，即用17颗红宝石作轴承。当然，由于手表业需用的红宝石数量极多，人们早已改用人造红宝石了。20世纪60年代初，科学家利用红宝石晶体制成激光仪，用它来测量月地距离（384400千米），误差只有几厘米。红宝石为人类登月的成功立下了汗马功劳。石 英

石英是一种质地坚硬、有玻璃光泽的矿物。在地球上到处可见。粒状的石英是花岗岩、砂岩等各种岩石的重要组成部分。发育完善的石英晶体为六棱柱状，顶上有一个尖尖的小锥体，常常分布在岩石的裂隙和孔洞里。有时还能“集合”成美丽的晶体群——晶簇，如同盛开的花朵一般，十分好看。石英一般为乳白色，因含不同的杂质，也常见红、紫、黑褥等颜色。一般的石英可用来制造玻璃。无色透明的石英石 英晶体叫做“水晶”。水晶的用途很大，可作工艺品、光学仪器的材料和石英钟表的元件。近年来，还被广泛地应用于自动武器、超音速飞机、人造卫星及放大几十万倍的电子显微镜等设备上，是现代国防、电子工业不可缺少的矿物材料。水 晶

自然界里大的水晶不多。中国有块“水晶王”，是1958年在江苏东海县房山镇库北村发现的。它高1.7米、重3500千克，现陈列在北京中国地质博物馆里。磁铁矿

磁铁矿是含铁量最高的一种铁黑色矿物，炼铁的重要矿物原料。有暗淡的金属光泽。常见的为粒状或块状，也有瘤状的。磁铁矿分布很广，大部分

岩浆岩

玛瑙是一种色彩丰富、美丽多姿的玉石矿物。因其花纹很像马脑而得名。主要产于玄武岩等火山岩的气孔中，常常由非常细小的石英聚集而成。把玛瑙切开，可以在断面上看到不同颜色的条带和花纹，而且往往有像树木年轮一样的同心环。中国古代有人说“千种玛瑙万种玉”，就是讲天然水草玛瑙玛瑙形状不一，大小各异，五光十色，纹理万变。实际上玛瑙的品种也确实繁多。如纹带细如蚕丝、紧密缠绕的叫缠丝玛瑙；“正视莹白，侧视若凝血”的叫夹胎玛瑙；花纹如苔藓或柏枝的是苔藓玛瑙和柏枝玛瑙；漆黑而带有一丝白的叫合子玛瑙；还有其中包着一腔自然水的水胆玛瑙等。都是一些天生丽质、价值很高的品种。玛瑙坚硬而不脆，一般可制成玛瑙轴承和耐磨器皿，更多的则用来镶嵌在戒子上，或做项链珠子。巧妙地利用它的花纹和色彩，还可以把玛瑙雕制成各种工艺品。如北京玉石厂曾将一些合子玛瑙雕成一群黑山羊，每只羊的腰部都绕一白圈，非常别致而富有情趣。绿柱石绿柱石又叫“绿宝石”，是一种以淡绿颜色为主的六方柱形的矿物。硬度较大，具有玻璃光泽。是岩浆在地下缓慢冷却的过程中，有关物质成分相对聚集、结晶而形成的。因含杂质，也有其他颜色。美丽晶莹的绿柱石可作镶嵌在戒子上的宝石和其他装饰品。有一种碧绿苍翠的纯绿宝石叫“祖母绿”，由于它的色彩动人而又少见，被视为宝石珍品，希腊神话中将它作为献给维绿柱石纳斯女神的宝石。此外，还有呈透明蔚蓝色的海蓝宝石、橘黄的金色绿宝石和红色的玫瑰绿宝石等。一般的绿柱石是提炼国防工业急需的稀有金属铍的主要矿物原料。

非洲马达加斯加曾经发现一个特大的绿柱石晶体，长18米、直径3.5米、体积143立方米，重约380吨。这也是迄今为止人们所知道的所有矿物晶体中最大的一个。软 玉

软玉是一类质地细腻坚韧、色泽柔润晶莹的玉石的总称。因硬度略小于硬玉而得名。中国是世界上产软玉最著名的国家，所以国外常称软玉为“中国玉”。软玉主要生成于变质岩中，是岩石中的有用矿物成分在高温高压下重新结晶的产物。优良品种有新疆的和田玉、四川的龙溪玉和台湾玉等，最著名的是和田玉。今存世上的古代精美玉器，大多是和田玉所作。和田玉中有一种纯洁无瑕、凝脂状的白玉，叫做羊脂玉，是玉中珍品。此外，还有纯黑的墨玉和浓青绿色的青玉，都属高档玉料。软 玉

在北京故宫博物院中，陈列着一座5吨多重的大型浮雕——夏禹治水。它是由清乾隆时从新疆采来的一块和田青玉雕琢而成的。当时，用几百匹马和上千人拉了3年，才运到北京，后又转运扬州，由数百位著名工匠用了6年多的时间才雕琢完成。浮雕上治水人物的劳动情景和山水树木都表现得栩栩如生，体现了中国劳动人民无限的创造力和精湛的技艺。翡 翠

翡翠又叫做“硬玉”，是一种最贵重的玉。有白色和深浅不同的绿、黄、红等色。其实，“红者为翡，绿者为翠”，其他颜色的都是杂色硬玉。由于翡玉很少，且远不如翠玉那么惹人喜爱，所以习惯上翡翠专指翠绿色硬玉。优质的翡翠凝翠欲滴，鲜亮晶莹，硬而不脆，十分耐压耐磨，为玉中精英，极其昂贵。自然界的硬玉比软玉稀少得多，翡翠则更少。缅甸是世界上出产优翡 翠质翡翠的国家，1978年曾发现一块重30吨的硬玉。虽然翠者只有一部分，大部分是杂色硬玉，但仍是世界出名的大块硬玉。中国有一名叫“卅二万种”的土豆状翡翠，分成五块后，最大的一块还有363.8千克呢！它被艺术家雕成泰山，取名《岱岳奇观》，成为无价国宝。云 母

云母俗名“千层纸”，是一种由许多极薄的、富有弹性的薄片组成的矿物。具有珍珠光泽。片与片结合得不很牢，能像揭书页那样一片片地揭下来。有白云母、金云母、黑云母、锂云母和水云母等好多种类。颜色和外貌云 母因成分不完全一样而有不同，有的像金黄色的鱼鳞，有的像无色的玻璃，也有的像黑色、绿色的石头等。云母是自然界里造就岩石的主要矿物之一，常可在岩浆岩、沉积岩和变质岩中看到它的小颗粒以至晶体。白云母和金云母不导电，而且耐高温、高压和酸碱腐蚀，是电气工业的重要材料。锂云母是提取锂盐的主要原料之一。水云母受热后会大大“发胖”——体积可膨胀14～18倍，且闪烁着漂亮的金色与银白色的光辉，建筑行业用它来做隔音材料和金色装饰品。长 石长石是构成地壳的最主要的矿物。几乎所有的岩石中都可以见到它。颜色大多为白色、肉红色或灰色，也有色彩非常漂亮的。长石有十多种类型，主要可分为正长石和斜长石两大类。风化后变成高岭石等黏土矿物，是长 石制造玻璃和陶瓷的主要原料。由于含有钾、钠、钙等成分，风化成土壤后是植物必需的养分。透明漂亮的长石常用来做工艺装饰品。如具有碧蓝和蓝白变色的一种长石，叫做“月光石”，从不同角度看它，能显出不同的光彩，十分引人注目，可以做成项链珠等装饰品。中国历史上著名的“和氏璧”，据史书对它的描述判断，可能就是一块月光石。黄 玉

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