历史地质学/岩浆岩
在这篇文章中，我们将研究岩浆岩：它们是什么以及如何分类。
岩浆岩是由熔岩冷却和固化形成的岩石。它们分为两大类
- 侵入岩是由地下熔岩冷却形成的岩石。地下熔岩被称为岩浆。
- 喷出岩是由地表熔岩形成的岩石，被称为熔岩。
岩浆岩可以通过它们的结构和化学成分进行进一步识别和分类，这将在本文的以下两个部分中介绍。
一个普遍规律是，快速结晶形成小的晶体，而缓慢结晶形成大的晶体。这是因为结晶是一个动力学过程：要使一个分子加入晶体，它必须撞击晶体，然后与之对齐。
岩石的热性质使得地下冷却的岩浆比地表冷却的熔岩冷却速度慢。因此，通过观察岩石的结构，我们可以了解它的冷却方式：侵入岩是粗粒的；喷出岩是细粒的。
有时，熔岩从火山喷发时力量很大，会飞到空中，导致它凝固的速度非常快，以至于没有时间形成晶体，形成一种称为玻璃的非晶态固体。窗玻璃是人工玻璃，通过快速冷却熔融二氧化硅制成；天然玻璃的例子包括黑曜石和浮石。
偶尔，岩浆在地表以下开始冷却，然后喷发到地表；在这种情况下，它将具有斑状结构，少数较大晶体（斑晶）嵌入更细粒的基质中。
对岩浆岩化学成分进行分类的最简单方法是根据其含有的二氧化硅量。
二氧化硅含量高的岩浆岩被称为长英质岩，而二氧化硅含量低的岩浆岩被称为基性岩。您会记得，这些是用于高二氧化硅和低二氧化硅矿物的相同术语；事实上，长英质岩石将包含长英质矿物，基性岩石将包含基性矿物。
根据二氧化硅含量对岩石进行分类很方便，因为岩浆岩的化学成分通常处于一个连续体上，因此如果您知道岩浆岩中二氧化硅的比例，您就可以说出它包含哪些矿物。执行此操作的规则可以用右侧的图表表示。请注意，这仅适用于岩浆岩，不适用于沉积岩或变质岩。
要阅读该图表，请沿着图表的底部查找岩石的二氧化硅含量：然后，从该点向上直接画一条线，它将穿过岩石中包含的矿物及其相对比例。因此，例如，如果我们告诉你一块岩石含有 50% 的二氧化硅，那么你就可以从图表中看到它大约含有 5% 的橄榄石、75% 的辉石，剩下的 20% 将是富含钙的斜长长石。
该图将岩石类型划分为相当粗略的类别。可以进行更细致的区分：例如，我们可以将花岗闪长岩放在花岗岩和闪长岩之间，作为一种二氧化硅含量介于花岗岩和闪长岩之间的岩石类型；或者我们可以将榴辉岩放在橄榄岩的右侧，以表示那些由纯橄榄石组成的岩石。但是，我们提出的划分足以满足我们目前的目的。重要的是读者要认识到，无论我们对图表施加什么划分，它们都是任意的：长英质岩石和超基性岩石之间存在一个连续体。
此外，当我们沿着连续体从长英质到超基性观察时，岩石的密度逐渐增加；它们的熔点更高；并且它们在熔融时的粘度更低。这是我们从长英质矿物到超基性矿物时看到的相同进展，并且是长英质岩石由长英质矿物组成，而基性岩石由基性矿物组成的事实的结果。
我们也许应该在图表中添加关于科马提岩（喷出超基性岩）存在的一点说明，因为一些教科书从这样的图表中完全省略了它。今天从未观察到科马提岩的形成：当超基性岩浆从地球炽热的内部上升到其凉爽的表面时，它将在接近地表之前降至其熔点以下，形成橄榄岩，即科马提岩的侵入式对应物。因此，科马提岩只存在于年代超过 25 亿年的岩石中，这与地质学家认为地球在那时更热的信念一致。
右侧的图表显示了由岩浆岩形成的一些构造。黑色代表岩浆岩；其他颜色代表沉积岩。
由于这是一个剖面图，因此可能略微具有误导性。读者应该记住，裂缝是地表上的裂缝；我们已经从正面显示了它。类似地，从裂缝中喷出的熔岩流将是熔岩层；而岩脉不是一块尖刺状的岩石，而是一块垂直或接近垂直的岩石层。岩床同样是水平的岩石层。
最后一句话需要稍微说明一下。在图表中，我们已经显示了岩石层是平坦的，除了岩株周围（图表上的项目 (6)），因此我们已经显示了岩床是水平构造。但是，岩石层可以通过构造活动进行折叠。当岩床侵入这样的岩石时，它会侵入岩石层之间（这是岩床的定义），因此它本身也会发生扭曲。
当我们考虑地层学和交叉关系时，我们将更多地谈论岩浆岩构造，但现在，这个简短的介绍就足够了。
我们怎么知道岩浆岩是岩浆岩？就像地质学中的所有其他事物一样，这在某个时刻必须得到证明：事实上，曾经存在一个被称为“海王星论”的思想体系，它断言（除其他事项外）花岗岩是沉积岩。
对于喷出岩，答案是显而易见的：我们可以看到玄武岩（例如）在熔岩流冷却时形成：因此它肯定可以作为喷出岩形成。但它也不能作为侵入岩浆岩形成，因为在这种情况下，由于隔热，它不能快速冷却以产生细粒结构，并且这种情况的物理学将决定形成辉长岩，而不是玄武岩。
由于我们可以实际观察玄武岩的形成，我们可以对其进行进一步推断。当玄武岩在水下冷却（潜水员观察到）时，它会形成被称为**枕状玄武岩**的独特形状，而在陆地上形成时则不会出现这种情况。这个标准让我们可以区分陆地和海底形成的玄武岩；这一推断得到了枕状玄武岩与海洋沉积岩相关的证实。
但侵入岩呢？以花岗岩为例，它是最常见的侵入性火成岩。如果我们对它的形成方式完全正确，我们就永远不应该看到它形成。那么我们如何知道它是如何形成的呢？
事实上，我们从未看到它形成，这是它是一种侵入性火成岩理论的预测之一，因此它倾向于证实该理论。我们没有看到花岗岩或类似花岗岩的沉积物通过地表过程形成；除了它是在地下形成的，我们还能得出什么结论呢？
其次，正如我们所观察到的，花岗岩与流纹岩具有相同的化学成分，只是在结构上有所不同。现在，我们知道较大的晶体在冷却速度较慢时形成，而且岩石与空气或水的热特性会导致地下冷却速度较慢，因此我们必须得出结论，花岗岩正是我们应该看到的，如果形成流纹岩的岩浆在喷出到地表时改为在地下冷却。
通过显微镜仔细观察它的结构，可以证实其形成的火成岩性质。右边的图片是花岗岩的显微照片。注意晶体，无论其形状多么奇怪，它们是如何完美地结合在一起的。我们可以将它与沉积岩（如砂岩）的结构进行比较，它们明显是由非互锁颗粒胶结在一起形成的。
然后我们可以考虑侵入岩形成的构造。很难想象，像岩脉这样东西是如何形成的，岩脉，正如上面解释的那样，是一块垂直或近乎垂直的岩石板，除了岩浆侵入先前存在的岩石中的裂缝外，它不可能通过任何其他过程形成。
最后，我们可以注意到，花岗岩侵入的岩石通常会发生我们期望的变化，如果它们曾暴露在高温下；例如，当花岗岩侵入一层石灰岩时，紧邻花岗岩的石灰岩会变成大理石。这表明花岗岩本身曾经处于高温状态，随后冷却下来，这与它是侵入性火成岩的理论一致。
基于这些原因，我们可以得出结论，花岗岩是一种侵入性火成岩；类似的评论可能适用于其他被归类为侵入性火成岩的岩石。
词汇说明
[edit | edit source]火成岩有时被称为**原生岩**，喷出岩有时被称为**火山岩**，侵入岩有时被称为**深成岩**。我们不会在这本书中使用这些术语，只是为了那些希望继续阅读的读者而提及这一点。
我们描述为细粒和粗粒的岩石也分别被称为**隐晶质**和**显晶质**。这些术语在地质学家中相当常用，但我将坚持使用更自明的术语。
最后，就像硅酸盐矿物有时被错误地称为“酸性”、“碱性”和“超碱性”而不是长英质、镁铁质和超镁铁质一样，火成岩也是如此；就像矿物一样，我不打算使用这些术语，因为它们已经过时且具有误导性。