地球岩石循环
第一步:基础定义与范畴
地球岩石循环描述的是地球表面和内部三大类岩石——岩浆岩、沉积岩和变质岩——在漫长地质时期内,通过一系列地质过程(如风化、侵蚀、沉积、压实、胶结、变质、熔融、冷却凝固)相互转化,形成一个连续、动态的物质循环系统。其驱动力主要来自地球内部的热能(地热、放射性衰变)和地球外部的太阳能(驱动风化、侵蚀)。核心概念是“岩石并非永恒不变,而是在不同的物理和化学条件下不断改变形态”。
第二步:循环的起点与三大岩石类型
传统上,循环可以从任一环节开始。通常,我们以岩浆岩为起点:
- 岩浆岩(火成岩):由地下高温熔融的岩浆冷却凝固而成。若岩浆在地壳深处缓慢冷却,形成如花岗岩等侵入岩;若岩浆喷出地表快速冷却,则形成如玄武岩等喷出岩。
第三步:从岩浆岩到沉积岩的路径
暴露在地表的岩浆岩(或其他岩石)进入外生循环:
2. 风化与侵蚀:在太阳能驱动下,大气、水、生物等因素使岩石物理崩解或化学分解,形成碎屑和溶解物质。风、流水、冰川等侵蚀作用将这些物质剥离搬运。
3. 沉积作用:被搬运的物质在湖泊、海洋等低洼处沉积下来。
4. 成岩作用:沉积物被上层物质压实,并通过矿物颗粒间的胶结(如方解石、二氧化硅)固结成岩,形成沉积岩,如砂岩、页岩、石灰岩。此过程涉及物理变化,化学变化相对有限。
第四步:从沉积岩或岩浆岩到变质岩的路径
当沉积岩或岩浆岩被埋藏到地下较深处,但尚未达到熔融温度时,进入变质过程:
5. 变质作用:在较高的温度、压力以及化学活动性流体的作用下,原有岩石的矿物成分、结构构造发生显著改变,但整体保持固态。此过程形成变质岩,如石灰岩变质为大理岩,页岩变质为片岩或板岩。这是深度的物理-化学再造过程。
第五步:从变质岩(或任何岩石)回到岩浆的路径
岩石若被继续埋藏或俯冲至地壳更深部或地幔:
6. 熔融(重熔)作用:在极高的温度条件下,岩石部分或全部熔融,重新转变为岩浆。这标志着一次循环的终结和新循环的开始。并非所有岩石都必须经历完整循环,路径可以中断或跳跃。
第六步:循环的完整闭环与意义
新的岩浆上升侵入地壳或喷出地表,冷却凝固再次形成岩浆岩。至此,完成一个完整的理论循环。实际上,循环多路径、非线性、同时发生。岩石循环与板块构造紧密耦合:板块运动驱动岩石进入高温高压环境(变质、熔融),也抬升山脉加速风化;火山活动则直接将内部物质带到地表。该循环是理解矿产资源分布、地貌演化、乃至地球碳循环等全球系统的基础框架。