專家走進《巖漿巖與變質巖石學》課堂
2021-10-20
專家信息：
紀偉強 博士
中國科學院地質與地球物理研究所 副研究員
工作和研究方向：
造山帶巖漿作用與地殼演化
主要項目：
1.青藏高原南拉薩地塊新生地殼增生時間與機制研究；
2.青藏高原南部淡色花崗巖成因與深部地殼流動；
3.藏南拉薩地塊東部晚漸新世巖漿混合作用成因機制。
孫老師：
好了，我們上課了。又進入到讓專家走進課堂，讓科普走向大眾的環節。我上一節課給大家做了一個小科普，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。有三位同學做出了他們的思考，如果我沒有記錯的話，他們的回答第一個是覺得地球上的溫度相對來說是比較適宜的，還有一個同學說跟水有關系，另外一個同學說的是地殼。至于這三個同學哪一個回答的是對的，我們今天請了一位專家，是紀偉強副研究員，他是中科院地質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，那我還有一個自己的介紹——他是我的同門師兄，我們歡迎紀老師。
紀老師：同學們好，能聽到嗎？
孫老師：能聽到。紀老師，首先還是想問的第一個問題是為什么只有地球上才有花崗巖？
紀老師：關于花崗巖在什么地方存在是一個很重要的問題，曾經有學者提出“NO WATER NO GRANITE”，他們認為只有地球上有花崗巖，廣義上來說，只有地球上有大規模的花崗巖和花崗質的地殼，因為我們從一些基礎課上也會知道，我們地球是有地殼、地幔、地核的對不對，而這個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，可能會有些學者有不同的觀點，就是說他們認為月球上也有一些類似的花崗巖，這個類似是怎么回事呢？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的，但里面會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，它也可以是花崗質的。還有人發現呢，包括今年有新報道的文章發現我們地球上存在的來自于月球的隕石，里面也有一點點類似于花崗巖的組分，這是月球?；鹦巧厦婺?，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，它們也發現有類似于這種花崗巖的組分。但是確實是這樣，不管是月球還是火星，這些類地星球上都沒有發現有確鑿的，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，不像我們地球到現在還在有活躍的巖漿活動，我們知道巖漿活動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，就越會形成這種類似花崗質的物質。另外需要提到的一個點就是，昨天我們所有三篇文章，關于月球的，在咱們科學最頂級的雜志NATURE上面發表了，他們發現月球的壽命從以前認為的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，就相當于多活了8億年到10億年，它就有可能有更長的演化時間，有可能形成更類似于花崗質的一種巖石，這個是問題的來龍去脈。大家有什么進一步的問題呢，我們可以再討論。
孫老師：嗯，那大家有什么進一步的問題嗎？聽懂了嗎剛才？剛才紀老師說了一個很重要的點，是“NO WATER NO GRANITE”，那我其實接著想問一句，既然花崗巖的形成與水有關，那大海里可全是水啊，為什么大海里沒有花崗巖呢？
紀老師：花崗巖的形成確實與水有關，一般認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，有部分熔融才會形成花崗巖，同時呢，巖漿作用包括花崗巖的形成或是部分熔融的發生，它除了需要水，還需要熱，我不知道你們有沒有學過巖漿巖形成的這方面的課。巖漿巖的發生需要溫度、壓力和揮發份，揮發份主要就是水，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，所以說它很難發生熔融，也不會說形成花崗巖這些東西了。
孫老師：嗯，那這個我們是學了，巖石的產生就是溫度升高、壓力降低、揮發組分的加入對不對？這個是我們學了的。如果說，其他的星球是沒有花崗質巖石的，那花崗巖對應的噴出巖是什么？
同學：流紋巖。
孫老師：好，那其他星球有沒有流紋巖呢？
紀老師：現在是這樣的。比如說我們剛才提到的火星，“好奇號”火星車它是11年發射的，12年就登陸火星，01年的時候發射了一個奧德賽號探測器，它們通過光譜，當然光譜不夠精細，它們發現在火星上面有一些隕石坑，因為我們知道它有很多沖擊的坑，包括我們月球上面暗的地方也都是隕石坑，撞擊形成的。而火星上發現有些隕石坑沒有被碎屑物質蓋著，在隕石坑的中間部位，發現有類似于花崗石的巖石，或者說流紋質的巖石。是類似的，但因為也沒有人能去，只能說從成分上發現它是貧鐵鎂，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，這表明它的規模是相當大的，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。所以如果進一步地研究，有可能在局部發生形成花崗巖的機制，或者說形成流紋巖的機制。我們同學們可以想一下，就是我們說巖漿熔融最開始地幔里面，它可以形成玄武質的。如果有熱量供應呢，它的玄武巖再一熔融，它可以形成花崗巖，所以在這個地方，這個星球沒有“死掉”，它可以長期演化，終究可以形成花崗巖。最起碼，它可以形成小規模的花崗巖。
孫老師：嗯，好的。其實紀老師研究花崗巖是研究青藏高原的花崗巖，那我想替同學們問一下，問什么你選擇青藏高原的花崗巖進行研究呢？有什么特別的地方嗎？
紀老師：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地方就是我們現在雅魯藏布江的位置，它這個位置在我們地質上有一個名詞，叫雅魯藏布江縫合帶。我做的那個巖石主要是縫合帶北邊的，早期大洋板塊俯沖相關的這套弧形的巖石，這也是我們地球上最主要的，也是正在進行的巖漿活動。青藏高原還有一個很重要的點是在縫合帶南側，就喜馬拉雅這一側造山帶，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，一般認為它的源區是純地殼組分，這個在地球上是只有這個地方它是公認的純地殼來源的一種花崗巖。相當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，您說的那個淡色花崗巖是冬奧會上冰壺的主要制作材料嗎？
紀老師：這個冰壺我就不太了解了，但這個淡色花崗巖它確實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，作為一些紀念品送給大家。因為這是我們國家特有的。但是冰壺這個，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，那我們同學有什么其他問題？
同學：紀老師你好，我想問的是關于之前不是說NASA在火星上發現液態水的痕跡，這是否會對“只有在地球上才存在花崗巖”這一結論造成一定的沖擊？然后之前不是NASA對木星的探測過程中也發現，木星在多個衛星中也發現水冰結構，是不是這些行星上也會存在類花崗巖結構或者說類花崗巖。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構比較大，還是有其他因素比較重要的因素在里面？
紀老師：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有很重要的作用。因為水有利于部分熔融作用的發生，部分熔融作用只要它一直發生，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。但是要形成大規模的花崗巖，確實是有水存在是更有利的。再往回說到火星呢，文章或觀點認為，火星上有液態的水，甚至還有觀點說，地表下很淺的深度就有可能存在水，如果這種水存在呢，它其實也有利于火星上這種部分熔融作用的發生，和進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行星的衛星是冰衛星，它有冰殼結構，它上面的水特別多，但是我們會想到，它如果只有冰和水，它不一定會形成花崗巖。因為花崗巖是通過類地行星的巖石來形成的，對不對？它只有冰衛星和水的話，它下面的熱量不夠，沒有類地物質，比方說木星啊，它很多是氣態物質，它也不一定要形成花崗巖。它首先要有源區才可以。
同學：好，謝謝紀老師。
紀老師：不客氣。
孫老師：好的，那其實都是我們之前學的，壓力升高、溫度降低、揮發組分加入，還有一個最大的前提是源區得有巖漿，得有巖石，我沒騙你們吧，專家也是這么說的。
好，這位同學，來。
同學：我有一個小小的想法。就是老師，它這個形成的花崗巖會不會跟星球地殼深度和整體的這個大小有關系？比如說我們這個地球，地球半徑是六千五，它這個深度最深度是地核，都會有一些巖漿成分，在這個深度之內，它剛好產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出去，剛好這個深度可以達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，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更低，它星球本身的厚度可能無法達到熔融，再產生花崗巖的條件，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，所以它總體來說溫度和各種條件可以實現大規模的花崗巖，我是這樣想的。
紀老師：你剛才這段話里面，牽扯到很多重要的問題。牽扯到揮發份，比方說我們地球有大氣層，其他星球是很稀薄的，當然有的是致密一點的，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部的，就因為我們地球現在還是一個活躍的星球，所以它才會有熱量，有熱量才有這些巖漿作用的發生和巖漿巖的形成。我們花崗巖其實是巖漿里面的一個部分。就像剛剛你圖上畫的那個，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，地幔柱相關的，它就可以直接噴出到地表，但這種成分主要是玄武質的。要讓它形成花崗巖呢，需要讓物質加熱淺部的另外的玄武質的組分，或者其他的長英質組分，才能形成花崗巖?；蛘哒f，我們不糾結花崗巖的話，我們可以說這種大規模的長英質地殼組分的存在，是我們地球最主要區別于其他類地行星的特點。這種長英質廣義上來說就是花崗質這種地殼組分。
孫老師：謝謝紀老師的分享。那我們今天先到這。
紀老師：好的，同學們再見。
