專(zhuān)家走進(jìn)《巖漿巖與變質(zhì)巖石學(xué)》課堂
2021-10-20
專(zhuān)家信息：
紀(jì)偉強(qiáng) 博士
中國(guó)科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所 副研究員
工作和研究方向：
造山帶巖漿作用與地殼演化
主要項(xiàng)目：
1.青藏高原南拉薩地塊新生地殼增生時(shí)間與機(jī)制研究；
2.青藏高原南部淡色花崗巖成因與深部地殼流動(dòng)；
3.藏南拉薩地塊東部晚漸新世巖漿混合作用成因機(jī)制。
孫老師：
好了，我們上課了。又進(jìn)入到讓專(zhuān)家走進(jìn)課堂，讓科普走向大眾的環(huán)節(jié)。我上一節(jié)課給大家做了一個(gè)小科普，我說(shuō)太陽(yáng)系中只有地球才有花崗巖，我也問(wèn)了大家，為什么只有地球上才有花崗巖。有三位同學(xué)做出了他們的思考，如果我沒(méi)有記錯(cuò)的話(huà)，他們的回答第一個(gè)是覺(jué)得地球上的溫度相對(duì)來(lái)說(shuō)是比較適宜的，還有一個(gè)同學(xué)說(shuō)跟水有關(guān)系，另外一個(gè)同學(xué)說(shuō)的是地殼。至于這三個(gè)同學(xué)哪一個(gè)回答的是對(duì)的，我們今天請(qǐng)了一位專(zhuān)家，是紀(jì)偉強(qiáng)副研究員，他是中科院地質(zhì)與地球物理研究所的，他的研究方向就是造山帶巖漿作用與地殼演化，我們來(lái)聽(tīng)聽(tīng)他來(lái)跟我們解釋?zhuān)瑸槭裁刺?yáng)系中只有地球上才有花崗巖。我剛才給他的介紹全是官方的介紹，那我還有一個(gè)自己的介紹——他是我的同門(mén)師兄，我們歡迎紀(jì)老師。
紀(jì)老師：同學(xué)們好，能聽(tīng)到嗎？
孫老師：能聽(tīng)到。紀(jì)老師，首先還是想問(wèn)的第一個(gè)問(wèn)題是為什么只有地球上才有花崗巖？
紀(jì)老師：關(guān)于花崗巖在什么地方存在是一個(gè)很重要的問(wèn)題，曾經(jīng)有學(xué)者提出“NO WATER NO GRANITE”，他們認(rèn)為只有地球上有花崗巖，廣義上來(lái)說(shuō)，只有地球上有大規(guī)模的花崗巖和花崗質(zhì)的地殼，因?yàn)槲覀儚囊恍┗A(chǔ)課上也會(huì)知道，我們地球是有地殼、地幔、地核的對(duì)不對(duì)，而這個(gè)地殼形成就是通過(guò)核幔分異，包括后期一系列的巖漿作用來(lái)形成的。而說(shuō)是不是真的只有地球上才有花崗巖呢，可能會(huì)有些學(xué)者有不同的觀(guān)點(diǎn)，就是說(shuō)他們認(rèn)為月球上也有一些類(lèi)似的花崗巖，這個(gè)類(lèi)似是怎么回事呢？它從成分上跟我們地球上的花崗巖有一定的相關(guān)性。它從組成上，比方說(shuō)我們巖石定名上，它也有可以符合地球上花崗巖定名的巖石。比如說(shuō)月球上的表面主要是一些月壤和角礫巖。這些角礫巖雖然主體上是玄武質(zhì)的，但里面會(huì)有一些很微小的類(lèi)似花崗巖的角礫。還有月球上的玄武巖里面，有一些流體包裹體，很顯微的成分，它也可以是花崗質(zhì)的。還有人發(fā)現(xiàn)呢，包括今年有新報(bào)道的文章發(fā)現(xiàn)我們地球上存在的來(lái)自于月球的隕石，里面也有一點(diǎn)點(diǎn)類(lèi)似于花崗巖的組分，這是月球?；鹦巧厦婺兀蠹铱赡苈?tīng)說(shuō)過(guò)“好奇號(hào)”火星車(chē)，它通過(guò)光譜研究，還有火星的奧德賽探測(cè)器，它們也發(fā)現(xiàn)有類(lèi)似于這種花崗巖的組分。但是確實(shí)是這樣，不管是月球還是火星，這些類(lèi)地星球上都沒(méi)有發(fā)現(xiàn)有確鑿的，跟咱們地球上完全相似的花崗巖。它的主要原因是這些類(lèi)地行星“死掉”得比較早，不像我們地球到現(xiàn)在還在有活躍的巖漿活動(dòng)，我們知道巖漿活動(dòng)它是地球或者說(shuō)地殼形成和演化最主要的一種方式，它越熔融越演化，就越會(huì)形成這種類(lèi)似花崗質(zhì)的物質(zhì)。另外需要提到的一個(gè)點(diǎn)就是，昨天我們所有三篇文章，關(guān)于月球的，在咱們科學(xué)最頂級(jí)的雜志NATURE上面發(fā)表了，他們發(fā)現(xiàn)月球的壽命從以前認(rèn)為的28到30億年以前就“死掉”，可能活到20億年，如果它能活到20億年，就相當(dāng)于多活了8億年到10億年，它就有可能有更長(zhǎng)的演化時(shí)間，有可能形成更類(lèi)似于花崗質(zhì)的一種巖石，這個(gè)是問(wèn)題的來(lái)龍去脈。大家有什么進(jìn)一步的問(wèn)題呢，我們可以再討論。
孫老師：嗯，那大家有什么進(jìn)一步的問(wèn)題嗎？聽(tīng)懂了嗎剛才？剛才紀(jì)老師說(shuō)了一個(gè)很重要的點(diǎn)，是“NO WATER NO GRANITE”，那我其實(shí)接著想問(wèn)一句，既然花崗巖的形成與水有關(guān)，那大海里可全是水啊，為什么大海里沒(méi)有花崗巖呢？
紀(jì)老師：花崗巖的形成確實(shí)與水有關(guān)，一般認(rèn)為水的存在有利于巖漿作用的形成。我們說(shuō)首先要有巖漿作用，有部分熔融才會(huì)形成花崗巖，同時(shí)呢，巖漿作用包括花崗巖的形成或是部分熔融的發(fā)生，它除了需要水，還需要熱，我不知道你們有沒(méi)有學(xué)過(guò)巖漿巖形成的這方面的課。巖漿巖的發(fā)生需要溫度、壓力和揮發(fā)份，揮發(fā)份主要就是水，除了水它還需要溫度和壓力，溫度也是很重要的因素，它就是通過(guò)升溫，讓巖石熔融，當(dāng)然我們說(shuō)大海里它有水，但熱量條件它是不滿(mǎn)足的，所以說(shuō)它很難發(fā)生熔融，也不會(huì)說(shuō)形成花崗巖這些東西了。
孫老師：嗯，那這個(gè)我們是學(xué)了，巖石的產(chǎn)生就是溫度升高、壓力降低、揮發(fā)組分的加入對(duì)不對(duì)？這個(gè)是我們學(xué)了的。如果說(shuō)，其他的星球是沒(méi)有花崗質(zhì)巖石的，那花崗巖對(duì)應(yīng)的噴出巖是什么？
同學(xué)：流紋巖。
孫老師：好，那其他星球有沒(méi)有流紋巖呢？
紀(jì)老師：現(xiàn)在是這樣的。比如說(shuō)我們剛才提到的火星，“好奇號(hào)”火星車(chē)它是11年發(fā)射的，12年就登陸火星，01年的時(shí)候發(fā)射了一個(gè)奧德賽號(hào)探測(cè)器，它們通過(guò)光譜，當(dāng)然光譜不夠精細(xì)，它們發(fā)現(xiàn)在火星上面有一些隕石坑，因?yàn)槲覀冎浪泻芏鄾_擊的坑，包括我們?cè)虑蛏厦姘档牡胤揭捕际请E石坑，撞擊形成的。而火星上發(fā)現(xiàn)有些隕石坑沒(méi)有被碎屑物質(zhì)蓋著，在隕石坑的中間部位，發(fā)現(xiàn)有類(lèi)似于花崗石的巖石，或者說(shuō)流紋質(zhì)的巖石。是類(lèi)似的，但因?yàn)橐矝](méi)有人能去，只能說(shuō)從成分上發(fā)現(xiàn)它是貧鐵鎂，可能富集長(zhǎng)石這種組分。我們知道花崗巖中富集長(zhǎng)石，而從光譜能夠看到火星表面有長(zhǎng)石這種很類(lèi)似的組分，這表明它的規(guī)模是相當(dāng)大的，就像我們用太空看地表上，只有特別大的組分和信號(hào)我們才能識(shí)別出來(lái)。所以如果進(jìn)一步地研究，有可能在局部發(fā)生形成花崗巖的機(jī)制，或者說(shuō)形成流紋巖的機(jī)制。我們同學(xué)們可以想一下，就是我們說(shuō)巖漿熔融最開(kāi)始地幔里面，它可以形成玄武質(zhì)的。如果有熱量供應(yīng)呢，它的玄武巖再一熔融，它可以形成花崗巖，所以在這個(gè)地方，這個(gè)星球沒(méi)有“死掉”，它可以長(zhǎng)期演化，終究可以形成花崗巖。最起碼，它可以形成小規(guī)模的花崗巖。
孫老師：嗯，好的。其實(shí)紀(jì)老師研究花崗巖是研究青藏高原的花崗巖，那我想替同學(xué)們問(wèn)一下，問(wèn)什么你選擇青藏高原的花崗巖進(jìn)行研究呢？有什么特別的地方嗎？
紀(jì)老師：首先我們從青藏高原來(lái)說(shuō)起。青藏高原大家都知道，它是我們地球上平均海拔最高的高原，青藏高原的形成也是顯生宙以來(lái)發(fā)生的最重要的一次碰撞造山事件，青藏高原我們知道，它是印度和歐亞碰撞的這個(gè)地方就是我們現(xiàn)在雅魯藏布江的位置，它這個(gè)位置在我們地質(zhì)上有一個(gè)名詞，叫雅魯藏布江縫合帶。我做的那個(gè)巖石主要是縫合帶北邊的，早期大洋板塊俯沖相關(guān)的這套弧形的巖石，這也是我們地球上最主要的，也是正在進(jìn)行的巖漿活動(dòng)。青藏高原還有一個(gè)很重要的點(diǎn)是在縫合帶南側(cè)，就喜馬拉雅這一側(cè)造山帶，大家都知道喜馬拉雅是地球上最高的山脈，包括珠穆朗瑪峰，它是最高的山峰，這個(gè)地方有一種特殊的巖石叫做淡色花崗巖。淡色花崗巖就是說(shuō)你看它那個(gè)顏色比較淡，暗色礦物含量很低，低于5%。淡的花崗巖它是在我們喜馬拉雅來(lái)命名的，它是很重要的一種巖石，一般認(rèn)為它的源區(qū)是純地殼組分，這個(gè)在地球上是只有這個(gè)地方它是公認(rèn)的純地殼來(lái)源的一種花崗巖。相當(dāng)于它是花崗巖里很特殊的一種類(lèi)型，對(duì)于我們研究花崗巖，研究地球的形成演化具有重要的意義。
孫老師：嗯，好的。那我跟師兄求證一下，您說(shuō)的那個(gè)淡色花崗巖是冬奧會(huì)上冰壺的主要制作材料嗎？
紀(jì)老師：這個(gè)冰壺我就不太了解了，但這個(gè)淡色花崗巖它確實(shí)是作為一種很特殊的巖石類(lèi)型，比方說(shuō)我們單位也采集了許多珠峰附近的淡色花崗巖，作為一些紀(jì)念品送給大家。因?yàn)檫@是我們國(guó)家特有的。但是冰壺這個(gè)，我知識(shí)面有限，材料是什么我還不太了解，不好意思哦。
孫老師：好，那我們同學(xué)有什么其他問(wèn)題？
同學(xué)：紀(jì)老師你好，我想問(wèn)的是關(guān)于之前不是說(shuō)NASA在火星上發(fā)現(xiàn)液態(tài)水的痕跡，這是否會(huì)對(duì)“只有在地球上才存在花崗巖”這一結(jié)論造成一定的沖擊？然后之前不是NASA對(duì)木星的探測(cè)過(guò)程中也發(fā)現(xiàn)，木星在多個(gè)衛(wèi)星中也發(fā)現(xiàn)水冰結(jié)構(gòu)，是不是這些行星上也會(huì)存在類(lèi)花崗巖結(jié)構(gòu)或者說(shuō)類(lèi)花崗巖。我想知道花崗巖的形成是不是真的跟水的影響比較大，誰(shuí)影響它形成花崗結(jié)構(gòu)比較大，還是有其他因素比較重要的因素在里面？
紀(jì)老師：好的，我倒著回答你的問(wèn)題。就是說(shuō)，水對(duì)于花崗巖的形成確實(shí)有很重要的作用。因?yàn)樗欣诓糠秩廴谧饔玫陌l(fā)生，部分熔融作用只要它一直發(fā)生，它終究就能形成花崗巖。但是說(shuō)沒(méi)有水也能形成花崗巖，比如說(shuō)月球，就昨天我們新在線(xiàn)的文章里有說(shuō)，月球它是很干的，水含量特別低，地幔里面的水含量都特別低，但是即便在這種水含量很低的情況下，它地幔形成的這種玄武巖，這個(gè)玄武巖在受隕石沖擊熔融，它沒(méi)有水，也是可以形成花崗巖的。但是要形成大規(guī)模的花崗巖，確實(shí)是有水存在是更有利的。再往回說(shuō)到火星呢，文章或觀(guān)點(diǎn)認(rèn)為，火星上有液態(tài)的水，甚至還有觀(guān)點(diǎn)說(shuō)，地表下很淺的深度就有可能存在水，如果這種水存在呢，它其實(shí)也有利于火星上這種部分熔融作用的發(fā)生，和進(jìn)一步形成比較演化的巖漿，或者說(shuō)形成花崗巖。但是說(shuō)有一些其他行星，就像你剛才提到的，我們太陽(yáng)系里有一個(gè)行星的衛(wèi)星是冰衛(wèi)星，它有冰殼結(jié)構(gòu)，它上面的水特別多，但是我們會(huì)想到，它如果只有冰和水，它不一定會(huì)形成花崗巖。因?yàn)榛◢弾r是通過(guò)類(lèi)地行星的巖石來(lái)形成的，對(duì)不對(duì)？它只有冰衛(wèi)星和水的話(huà)，它下面的熱量不夠，沒(méi)有類(lèi)地物質(zhì)，比方說(shuō)木星啊，它很多是氣態(tài)物質(zhì)，它也不一定要形成花崗巖。它首先要有源區(qū)才可以。
同學(xué)：好，謝謝紀(jì)老師。
紀(jì)老師：不客氣。
孫老師：好的，那其實(shí)都是我們之前學(xué)的，壓力升高、溫度降低、揮發(fā)組分加入，還有一個(gè)最大的前提是源區(qū)得有巖漿，得有巖石，我沒(méi)騙你們吧，專(zhuān)家也是這么說(shuō)的。
好，這位同學(xué)，來(lái)。
同學(xué)：我有一個(gè)小小的想法。就是老師，它這個(gè)形成的花崗巖會(huì)不會(huì)跟星球地殼深度和整體的這個(gè)大小有關(guān)系？比如說(shuō)我們這個(gè)地球，地球半徑是六千五，它這個(gè)深度最深度是地核，都會(huì)有一些巖漿成分，在這個(gè)深度之內(nèi)，它剛好產(chǎn)生巖漿之后可以把上面的巖基熔融，之后要么再侵入再?lài)姲l(fā)出去，剛好這個(gè)深度可以達(dá)到形成花崗巖的壓力和溫度，在別的星球它可能小，再加上外面沒(méi)有大氣層保護(hù)，它的溫度處在不斷變化之中，比如說(shuō)月球表面溫度可能是一百多度，往下面走的話(huà)它溫度可能會(huì)更低，它星球本身的厚度可能無(wú)法達(dá)到熔融，再產(chǎn)生花崗巖的條件，我是這樣想的，可能是地球剛剛好厚度合適，而且離太陽(yáng)的位置，又有大氣層保護(hù)，所以它總體來(lái)說(shuō)溫度和各種條件可以實(shí)現(xiàn)大規(guī)模的花崗巖，我是這樣想的。
紀(jì)老師：你剛才這段話(huà)里面，牽扯到很多重要的問(wèn)題。牽扯到揮發(fā)份，比方說(shuō)我們地球有大氣層，其他星球是很稀薄的，當(dāng)然有的是致密一點(diǎn)的，我們地球的熱量在我們地表以下，越往下是越熱的，地球的熱量是來(lái)自地球內(nèi)部的，就因?yàn)槲覀兊厍颥F(xiàn)在還是一個(gè)活躍的星球，所以它才會(huì)有熱量，有熱量才有這些巖漿作用的發(fā)生和巖漿巖的形成。我們花崗巖其實(shí)是巖漿里面的一個(gè)部分。就像剛剛你圖上畫(huà)的那個(gè)，我們地球上的巖漿有的來(lái)源比較深，它可以使地幔深部熔融，地幔柱相關(guān)的，它就可以直接噴出到地表，但這種成分主要是玄武質(zhì)的。要讓它形成花崗巖呢，需要讓物質(zhì)加熱淺部的另外的玄武質(zhì)的組分，或者其他的長(zhǎng)英質(zhì)組分，才能形成花崗巖。或者說(shuō)，我們不糾結(jié)花崗巖的話(huà)，我們可以說(shuō)這種大規(guī)模的長(zhǎng)英質(zhì)地殼組分的存在，是我們地球最主要區(qū)別于其他類(lèi)地行星的特點(diǎn)。這種長(zhǎng)英質(zhì)廣義上來(lái)說(shuō)就是花崗質(zhì)這種地殼組分。
孫老師：謝謝紀(jì)老師的分享。那我們今天先到這。
紀(jì)老師：好的，同學(xué)們?cè)僖?jiàn)。
