岩石

奧古斯特山,世界上最大的單體岩石[註 1]
烏魯魯巨石,世界上最出名的單體岩石

岩石英文Rock)是由一種或幾種礦物和天然玻璃組成的,具有穩定外形的固態集合體。由一種礦物組成的岩石稱作單礦岩,如大理岩方解石組成,石英岩石英組成等;有數種礦物組成的岩石稱作復礦岩,如花崗岩由石英、長石和雲母等礦物組成,輝長岩由基性斜長石和輝石組成等等。沒有一定外形的液體如石油、氣體如天然氣以及鬆散的等,都不是岩石。

岩石是組成地殼的物質之一,是構成地球岩石圈的主要成分。其中,長石地殼中最重要的造岩成分,比例達到60%[6]石英則是數量第二多的礦石。

岩石根據其成因、構造和化學成分分類,大多數岩石含有二氧化矽(SiO2),而74.3%的地殼成分都是後者。岩石中矽的含量是決定岩石屬性的重要因素之一[7]

岩石是人類早期工具的重要來源,在人類進化中具有重要意義。因此,人類的第一個文明時期被稱為石器時代。岩石一直是人類生活和生產的重要材料和工具。 岩石種類主要能分為沈積岩、火成岩及變質岩。

分類

岩石按其成因主要分為火成岩岩漿岩)、沉積岩變質岩三大類。在不同的圈層,三種岩石的分布比例相差很大。地表的岩石中有75%是沉積岩,火成岩只有25%。

這三種岩石之間的區別不是絕對的。隨著構成礦物的變化,它們的性質也會發生變化。隨著時間和環境的變遷,它們會轉變為另外一種性質的岩石。因而有人認為這種分類法較為武斷[8]

火成岩

火成輝長岩的樣品

火成岩是由熔岩岩漿冷卻後凝固而成的岩石。火成岩按成因分為兩類:一類是岩漿出露地表凝卻而形成的火山岩噴出岩);另一類是岩漿侵入地殼內部,在地表以下緩慢凝卻而形成的侵入岩。噴出岩形成過程中,由於溫度和壓力迅速降低,可能來不及結晶或結晶較差,代表有浮岩玄武岩淺成岩是岩漿侵入到距離地表3千米之內,結晶較細小;而深成岩則是岩漿侵入到距離地表大於3千米的地殼深處,由於溫度、壓力高,結晶良好。典型的侵入岩如脈岩花崗岩[9]

目前已發現約700種的火成岩,大部份都在地殼表面以下形成,依其化學成份,形成時的溫度及壓力,其性質也有所不同。鮑氏反應系列描述了不同化學成份的火成岩在不同的溫度及壓力下結晶的情形[7]

火成岩是一種矽酸鹽岩石,依二氧化矽比例,分為酸性岩、中性岩、基性岩及超基性岩。若中性岩的氧化鈉氧化鉀成份偏高,稱為鹼性岩[10]

地殼體積的64.7%都是火成岩,可分為橄欖岩玄武岩安山岩花崗岩粗面岩響岩脈岩火山碎屑岩八大類。其中16%為花崗岩、17%為花崗閃長岩閃長岩,只有0.6%是正長岩,0.3%是橄欖岩純橄欖岩。海底的地殼99%是玄武岩,是鐵鎂質的火成岩。花崗岩和類似的岩石(稱為元花崗岩)形成許多大陸的地殼[11]

火成岩的分類
二氧化矽含量 酸性 中性 基性 超基性
>72% 72%~66% 66%~52% 52%~45% 45%~40%
鎂鐵含量 長英質 鐵鎂質 高鐵鎂質
色率 淺色 中色 暗色
侵入岩 深成岩 極粗粒 偉晶岩 玻基輝橄岩
粗粒 >5mm 花崗岩 花崗閃長岩 正長岩 閃長岩 輝綠岩 輝石岩 橄欖岩 輝岩 斜長岩
中粒 1~5mm
細粒 <1mm 輝長岩
淺成岩   花崗斑岩 細晶岩 正長斑岩 玢岩 輝綠岩 金伯利岩 鉀鎂煌斑岩
噴出岩 火山熔岩 隱晶質 流紋岩 英安岩 粗面岩 安山岩 玄武岩 苦欖岩
多孔狀 浮岩 火山渣
玻璃質 黑曜岩
火山碎屑岩 粗粒 集塊岩
中粒 火山角礫岩
細粒 凝灰岩

沉積岩

含有氧化鐵條紋的沉積岩

沉積岩是由外力作用下形成的,其中一部分又叫「水成岩」,是由水將風化或水侵蝕的物質搬運沉積,經過壓密和膠結作用形成的;


沉積岩是在地表因水中固體物質沈積膠結而成,固體物質可能是舊有岩石或礦物的碎片、有機體、或是水中生物成長或是化學沈澱而成。過程中會使碎屑岩沉積物或是有機物質碎屑開始累積,或是溶液中的物質沉澱形成(即蒸發岩)。而沈積物質在相當的溫度及壓力下壓縮並且膠結成岩作用),形成沉積岩。

沈積物可能是由風化作用形成,或是其他岩石因侵蝕作用形成,之後由冰川或是崩壞作用運輸到後來的位置。其中mud rock(泥岩頁岩粉砂岩)佔65%,砂岩佔20到25%,而碳酸鹽岩石灰岩白雲岩)佔10到15%[9]。地表約7.9%的岩石是由沉積岩組成,其中82%是頁岩,其他的包括石灰岩(6%),砂岩及長石沙岩(12%)[11]。沉積岩中常會有化石。沉積岩是在重力的影響下形成,一般會是以平行地面(或地層)或是接近平行的方式分佈,也稱為地層岩。沉積岩中一小部份沈積在陡峭的山破上,其中一層岩石在在介面上突然停止,而另一層岩石覆蓋了原來的岩石,會看出交錯的紋理。

沉積岩按沉積結構和組成可分為:礫岩 - 頁岩砂岩石灰岩生物岩化學岩, 主要分布在地表淺層。

變質岩

含有變質條紋的片麻岩

變質岩是由於地球內力的高溫高壓造成岩石中的化學成分改變或重結晶形成的。

變質岩沈積岩火成岩或是其他較早期的變質岩,在不同的溫度壓力下所產生的,此過程稱為變質作用,會讓岩石的物理性質及化學性質有顯著的改變,變質作用前的岩石稱為原岩,在變質作用後變質成其他的礦物,或是產生再結晶作用,變質成同一礦物的不同形式[9]變質岩可以依原岩分為兩大類:「正變質岩」和「副變質岩」,正變質岩是火成岩經變質作用形成的,副變質岩是沉積岩經變質作用形成的。變質作用的溫度需高於150 to 200℃,壓力需大於1500 bars,都是比地表的溫度及壓力要高的條件[9](p. 355),變質岩約佔地殼體積的27.4%[11]。許多主要的經濟礦物都是在變質岩中生成的。

變質岩可以依變質的機制分為三類:因為岩漿的侵入,加熱附近的岩石,會產生接觸變質(contact metamorphism),是以溫度為主的變質。當沉積物埋在地下深處,會產生壓力變質(pressure metamorphism),也稱為埋藏變質(burial metamorphism),以壓力為主,溫度的影響不大,這類變質會產生類似之類的礦物。若熱及壓力都有相關影響,這稱為區域變質(regional metamorphism),一般會出現在造山區[7]

依結構的不同,變質岩可以分為二類,一類有纖維狀平面組織的稱為有葉理,另一類則是無葉理的。岩石的名稱會依其中有的礦物而定,片岩是有葉理的變質岩,主要含有像雲母等薄紋性礦物,片麻岩有不同亮度的可見帶,最常見的是花崗片麻岩,其他有葉理的變質岩有板岩千枚岩糜稜岩。常見的無葉理變質岩有大理石滑石蛇紋石,無葉理變質岩也包括由砂岩變質而成的石英岩,以及角岩[7]

結構

  • 玻璃質:常見於一般海洋底玄武岩;因岩漿與海水接觸,冷卻急速。礦物種類無法以顯微鏡或任何儀器辨視。
  • 隱晶質:澎湖玄武岩;為陸上噴發,冷卻時間稍長,但仍冷卻快速,礦物顆粒細小。礦物無法用肉眼或低倍顯微鏡辨視,但可用更精密之高倍顯微鏡或X光繞射儀辨別種類。
  • 全晶質:金門花崗岩;礦物顆粒粗,岩漿在地下深部慢慢冷卻,礦物生長時間充裕。晶體顆粒用肉眼或低倍顯微鏡可辨視[12]

人類的應用

蒙古敖包,是用石頭堆積的祭祀建築
猶他州摩押的彌維達鈾礦

在人類發展中,岩石的應用涉關社會、科技等許多層面。人類和其他人科的岩石使用記錄可以追溯到250萬年前的舊石器時代[13]。利用岩屑技術可以找到一些最古老,而仍在繼續使用的技術。有關金屬礦石的開採也是人類進步的幾個重要因素之一,依不同地區可以取得金屬的不同,其文明進步速度也有所影響[14]

採礦

採礦是由將有價值礦物或其他地質材料,由礦石礦脈等來源取出,和土壤分離的過程。採礦可採集的原料包括鹼金屬貴金屬鑽石石灰岩油頁岩岩鹽等。若一種材料無法用農業方式產生,也無法在實驗室工廠合成的方式取得,就需要以採礦的方式取得。廣義的開采是指從地球中取得任何自然資源(如石油天然氣其至是[15]

岩石及金屬的開採早在史前時代就已經開始,現代的開採程序會先期礦體的探戡、分析礦石的潛在利益、開採需要的原料、若開採結束,將土地復原,可以供其他的使用[16]

開採程序的特性,會對環境帶來潛在的負面衝擊,不論是在開採過程中,甚至是在開採結束後都有影響。因此世界上大多數國家都用法律管理開採程序的負面影響[17]

做建材

  • 大理岩:大理岩的岩面質感細緻,常用來作為壁面或地板。由於大理岩是由石灰岩變質而成,主要成分為碳酸鈣,因此也是製造水泥的原料。大理岩材質軟而細緻,是很好的雕塑石材,許多有名的雕像都是由大理岩作成的,如著名的維納斯像。其他如牆面或擺飾,也常是由大理石加工琢磨而成,如花瓶、菸灰缸、桌子等家用品。 另外,也有大量以其石粉所生產的人造石 之建材; 其性質與天然大理石非常類似。
  • 花崗岩:台灣本土的花崗岩只有在金門才看得到,因此金門的老房子幾乎都是用花崗岩做成的。台灣的寺廟所用的花崗岩,是來自福建,多用於寺廟裡的龍柱、地磚、石獅。
  • 板岩:因其容易裂成薄板狀,且在山區極易取得,故原住民至今仍使用板岩作為建材,築成石板屋或圍牆。
  • 礫岩:有些礫岩含有鵝卵石及砂,而且膠結不良,容易將它們分散開來,例如:台灣西部第四紀的頭嵙山層中就是這種礫岩,其中卵石和砂都是建材。
  • 石灰岩:台灣最常見的石灰岩是由珊瑚形成的,通稱為珊瑚礁石灰岩。在澎湖,珊瑚礁石俗稱「石」,居民用以作為圍牆建材,以遮蔽強烈的東北季風,保護農作物。
  • 泥岩:由於其主要成分是黏土,自古就被作為磚瓦、陶器的原料。
  • 安山岩:由於材質堅硬,亦常用來作廟宇的龍柱、牆壁的石雕、墓碑、地磚等。

提鍊金屬

  • 金礦:含金的岩石經過風化和侵蝕作用,金會被分離出來而成自然金,因為金比泥沙重得多,容易沉積下來,經過淘洗,就成為黃金。
  • 黃銅礦:黃銅礦是提煉銅最主要的礦物。
  • 方鉛礦:方鉛礦呈現鉛灰色,有立方體的解理,是最重要的含鉛礦物。
  • 赤鐵礦:赤鐵礦外觀顏色呈現鐵灰色或紅褐色,是最重要的含鐵礦物。
  • 磁鐵礦:磁鐵礦屬含鐵礦物,具有磁性,吸附含鐵物質。

參見

註釋

  1. ^ 雖然多家中文媒體均報導烏魯魯巨石為世界上最大的單體岩石,但這一說法並不準確。中文版烏魯魯官方網站[1]以及多家英文媒體已澄清位於澳大利亞西澳大利亞州內陸沙漠地區的奧古斯特山(英文:Mount Augustus)才是該殊榮的擁有者[2][3]。奧古斯特山的面積足足有烏魯魯巨石的2.5倍大[4]

參考文獻

  1. ^ 乌鲁鲁巨石的一些真相. [2020-08-27]. (原始內容存檔於2020-09-05). 
  2. ^ Mount Augustus - The largest monolith in the world頁面存檔備份,存於網際網路檔案館(英文)
  3. ^ Peter van Onselen: Why don't we all know about Mt Augustus?頁面存檔備份,存於網際網路檔案館(英文)
  4. ^ YouTube - Mount Augustus頁面存檔備份,存於網際網路檔案館(英文)
  5. ^ 矿物与岩石. 中國科普博覽. [2017-07-14]. (原始內容存檔於2021-02-10). 
  6. ^ Feldspar. What is Feldspar?. Industrial Minerals Association. 2007-07-18. (原始內容存檔於2008-02-15). 
  7. ^ 7.0 7.1 7.2 7.3 Wilson, James Robert, A collector's guide to rock, mineral & fossil localities of Utah, Utah Geological Survey: 1–22, 1995 [2014-06-08], ISBN 1557913366, (原始內容存檔於2021-01-08) 
  8. ^ Public Domain 本條目部分或全部內容出自公有領域Chisholm, Hugh (編). Petrology. 大英百科全書 (11th ed.). 劍橋大學出版社. 1911. 
  9. ^ 9.0 9.1 9.2 9.3 Blatt, Harvey; Tracy, Robert J. Petrology 2nd. W. H. Freeman. 1996. ISBN 0-7167-2438-3. 
  10. ^ 工程地質通論. 五南圖書出版股份有限公司. 2007: 47. ISBN 978-957-11-4875-5. 
  11. ^ 11.0 11.1 11.2 Bucher, Kurt; Grapes, Rodney, Petrogenesis of Metamorphic Rocks, Springer: 23–24, 2011 [2014-06-08], ISBN 3540741682, (原始內容存檔於2021-02-24) 
  12. ^ 什麼是玻璃質、隱晶質、全晶質?. 經濟部中央地質調查所. 2014-02-25 [2017-05-17]. (原始內容存檔於2019-05-23). 
  13. ^ William Haviland, Dana Walrath, Harald Prins, Bunny McBride, Evolution and Prehistory: The Human Challenge, p. 166
  14. ^ Overview of mining and impacts (PDF). [2012-06-08]. (原始內容 (PDF)存檔於2012-05-29). 
  15. ^ Botin, J.A. (編). Sustainable Management of Mining Operations. Denver, CO, USA: Society for Mining, Metallurgy, and Exploration. 2009. ISBN 9780873352673. 
  16. ^ Wilson, Arthur. The Living Rock: The Story of Metals Since Earliest Times and Their Impact on Developing Civilization. Cambridge, England: Woodhead Publishing. 1996. ISBN 1855733013. 
  17. ^ Terrascope. Environmental Risks of Mining. The Future of strategic Natural Resources. Cambridge, MA, USA: Massachusetts Institute of Technology. [2014-09-10]. (原始內容存檔於2014-09-20). 

延伸閱讀

維基文庫中的相關文本: 《欽定古今圖書集成·方輿彙編·坤輿典·石部》,出自蔣廷錫古今圖書集成

外部連結