專家走進(jìn)《巖漿巖與變質(zhì)巖石學(xué)》課堂
2021-10-20
專家信息：
紀(jì)偉強(qiáng) 博士
中國科學(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，我說太陽系中只有地球才有花崗巖,，我也問了大家,，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,，如果我沒有記錯(cuò)的話,，他們的回答第一個(gè)是覺得地球上的溫度相對來說是比較適宜的，還有一個(gè)同學(xué)說跟水有關(guān)系,，另外一個(gè)同學(xué)說的是地殼,。至于這三個(gè)同學(xué)哪一個(gè)回答的是對的，我們今天請了一位專家,，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,，我們來聽聽他來跟我們解釋,，為什么太陽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——他是我的同門師兄,，我們歡迎紀(jì)老師。
紀(jì)老師：同學(xué)們好,，能聽到嗎,？
孫老師：能聽到。紀(jì)老師,，首先還是想問的第一個(gè)問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，廣義上來說,，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,、地核的對不對,，而這個(gè)地殼形成就是通過核幔分異，包括后期一系列的巖漿作用來形成的,。而說是不是真的只有地球上才有花崗巖呢,，可能會(huì)有些學(xué)者有不同的觀點(diǎn)，就是說他們認(rèn)為月球上也有一些類似的花崗巖,，這個(gè)類似是怎么回事呢,？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自于月球的隕石，里面也有一點(diǎn)點(diǎn)類似于花崗巖的組分,，這是月球,。火星上面呢,，大家可能聽說過“好奇號”火星車,，它通過光譜研究，還有火星的奧德賽探測器,，它們也發(fā)現(xiàn)有類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,，這些類地星球上都沒有發(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，它就有可能有更長的演化時(shí)間,，有可能形成更類似于花崗質(zhì)的一種巖石,，這個(gè)是問題的來龍去脈。大家有什么進(jìn)一步的問題呢,，我們可以再討論,。
孫老師：嗯，那大家有什么進(jìn)一步的問題嗎,？聽懂了嗎剛才,？剛才紀(jì)老師說了一個(gè)很重要的點(diǎn)，是“NO WATER NO GRANITE”,，那我其實(shí)接著想問一句,，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,，我不知道你們有沒有學(xué)過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,，它就是通過升溫,，讓巖石熔融，當(dāng)然我們說大海里它有水,，但熱量條件它是不滿足的，所以說它很難發(fā)生熔融,，也不會(huì)說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)組分的加入對不對？這個(gè)是我們學(xué)了的,。如果說,，其他的星球是沒有花崗質(zhì)巖石的，那花崗巖對應(yīng)的噴出巖是什么,？
同學(xué)：流紋巖,。
孫老師：好，那其他星球有沒有流紋巖呢,？
紀(jì)老師：現(xiàn)在是這樣的,。比如說我們剛才提到的火星，“好奇號”火星車它是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)奧德賽號探測器，它們通過光譜,，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,，包括我們月球上面暗的地方也都是隕石坑,，撞擊形成的。而火星上發(fā)現(xiàn)有些隕石坑沒有被碎屑物質(zhì)蓋著,，在隕石坑的中間部位,，發(fā)現(xiàn)有類似于花崗石的巖石，或者說流紋質(zhì)的巖石,。是類似的,，但因?yàn)橐矝]有人能去，只能說從成分上發(fā)現(xiàn)它是貧鐵鎂,，可能富集長石這種組分,。我們知道花崗巖中富集長石，而從光譜能夠看到火星表面有長石這種很類似的組分,，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我們才能識別出來,。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,，就是我們說巖漿熔融最開始地幔里面,，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)星球沒有“死掉”,，它可以長期演化，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)們問一下,，問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說起,。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)的純地殼來源的一種花崗巖。相當(dāng)于它是花崗巖里很特殊的一種類型,，對于我們研究花崗巖，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型,，比方說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@是我們國家特有的,。但是冰壺這個(gè),，我知識面有限，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)有什么其他問題,？
同學(xué)：紀(jì)老師你好,，我想問的是關(guān)于之前不是說NASA在火星上發(fā)現(xiàn)液態(tài)水的痕跡，這是否會(huì)對“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對木星的探測過程中也發(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)存在類花崗巖結(jié)構(gòu)或者說類花崗巖,。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,，我倒著回答你的問題。就是說,，水對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,。但是說沒有水也能形成花崗巖，比如說月球，就昨天我們新在線的文章里有說,，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,。再往回說到火星呢，文章或觀點(diǎn)認(rèn)為,，火星上有液態(tài)的水,，甚至還有觀點(diǎn)說，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,，或者說形成花崗巖,。但是說有一些其他行星，就像你剛才提到的,，我們太陽系里有一個(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是通過類地行星的巖石來形成的,，對不對？它只有冰衛(wèi)星和水的話,，它下面的熱量不夠,，沒有類地物質(zhì)，比方說木星啊,，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,，我沒騙你們吧,，專家也是這么說的。
好,，這位同學(xué)，來,。
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,，之后要么再侵入再噴發(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,，再加上外面沒有大氣層保護(hù),，它的溫度處在不斷變化之中，比如說月球表面溫度可能是一百多度,，往下面走的話它溫度可能會(huì)更低,，它星球本身的厚度可能無法達(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，而且離太陽的位置,，又有大氣層保護(hù),，所以它總體來說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：你剛才這段話里面,，牽扯到很多重要的問題。牽扯到揮發(fā)份，比方說我們地球有大氣層,，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,。就像剛剛你圖上畫的那個(gè),，我們地球上的巖漿有的來源比較深，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，或者其他的長英質(zhì)組分,，才能形成花崗巖,。或者說,，我們不糾結(jié)花崗巖的話,，我們可以說這種大規(guī)模的長英質(zhì)地殼組分的存在，是我們地球最主要區(qū)別于其他類地行星的特點(diǎn),。這種長英質(zhì)廣義上來說就是花崗質(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)們再見。
