新浪科技综合|婀娜多姿的变质岩_

来源：地球杂志

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奇哉泰山石
到过泰山的人都知道“泰山石敢当”这一习俗，它是我国民俗史上最有影响力的民间习俗。在民俗中，凡住宅的屋门对着桥梁、巷口或道路要冲的，就在墙外立一块小石碑，刻上“泰山石敢当” ，用来避邪。西汉时的《急就篇》就写着：“师猛虎，石敢当，所不侵，龙未央。 ”意思是说灵石能破解不祥。 “泰山石敢当”已经被国务院批准列入首批国家非物质文化遗产名录。
这一习俗自然是始于灵石崇拜，但为什么是“泰山石”呢？泰山位于山东泰安地界，主峰玉皇顶高1545米，比周围的平原和丘陵高出1300米。拔地而起的泰山气势雄伟磅礴，自然景观壮丽。自古以来，人们一直把泰山看作灵山，自秦始皇开始，历代皇帝中自认为政绩卓越的，都到泰山封禅，一来祭拜天地，二来祈求国泰民安。因此，泰山被称为“东岳神山”、“五岳之首”、“天下第一山” 。由山及石，人们对泰山石同样推崇至甚，相传女娲补天用的就是泰山石。有资料记载，宋代的金銮殿是用泰山石铺垫的，我们的人民大会堂和人民英雄纪念碑也是用泰山石奠基的，应该都是取“安如泰山”的寓意。

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泰山“五岳独尊”
泰山石质地坚硬，结构细密，局部结晶颗粒较粗，色调以黑白为主，在灰白、灰黑、灰绿、黛青、褐、黑等颜色的石面上，交织着千姿百态的白色纹理，形成了各种图案，或凸或凹，隐约可见高山流瀑、古木枯枝、飞禽走兽、文字人物等图像，而且画面光润亮泽，构图均衡。欣赏泰山石，可以让人领略大自然的鬼斧神工，感悟到净化心灵，回归自然。
地质学家告诉我们，泰山石的学名叫“泰山杂岩” ，是25亿年前形成的。泰山石的岩石由两部分组成，暗色部分以角闪岩为主，其中的暗色矿物是黑云母和角闪石，浅色部分是岩脉，其中的矿物是斜长石、钾长石和石英。浅色矿物组成的条带穿插在暗色矿物组成的块体里，形成网状、条带状、枝杈状、团块状等各种形状，构成画面中的白色纹路，由于暗色矿物更容易风化，所以浅色的脉体成为凸显的石筋，往往使画面具有一种浮雕感。

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泰山石
按照德国地质学家柯塔在1862年提出的岩石成因三分法，泰山杂岩既不是火成岩，也不是沉积岩，而是变质岩，是经过变质作用形成的。
【新浪科技综合|婀娜多姿的变质岩】美哉大理石
能和泰山石媲美的还有大理石。
大理石主要由方解石组成，赋予岩石白色的底色。大理石中还会含有带各种颜色的其他矿物，如：硅和钙构成的硅灰石白里透灰，富含镁的滑石白色中带着黄、绿色，含钙、镁、铁的角闪石呈现绿、粉、褐、红、黑等各色，富含铁、镁、锰、钙的石榴子石呈现黄、褐、粉、红、紫红等各色，这些矿物赋予大理石五彩缤纷的颜色。大理石中还会发育条带状构造，形成复杂多变的纹理，像山水，像云雾，像各种图案。这些流光溢彩的梦幻纹饰为大理石平添了无穷的魅力。因此，古人常常选取具有一定象形花纹的大理石，镶嵌在屏风上，制成画屏。

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大理岩画中国地质博物馆馆藏
大理石的名字是从它的产地得来的，就像泰山石得名于泰山一样，大理石得名于云南大理。就像泰山石不是岩石学名称一样，大理石也不是岩石学的名称，它的岩石学名称叫大理岩。虽然作为商品的名称，商家用大理石泛指那些具有装饰功能，可以加工成建筑石材或工艺品的碳酸盐岩（既包括大理岩，也包括石灰岩和白云岩），但是，产于云南大理点苍山的大理石是大理岩，是地地道道的变质岩。在变质过程中，岩石整体往往发生流变，不同成分的矿物条带形成形态各异的褶曲，使大理岩呈现出绚丽的色泽与多变的花纹。当然，也有些大理岩中没有任何花纹和图案，例如，北京房山的大理岩质地均匀，洁白无瑕，古人称为“汉白玉” 。
由于大理岩的质地比较软，自古以来就是雕刻艺术的原料，尤其是汉白玉。在公元前12世纪的商代就有用大理岩雕刻的水牛了。故宫是600多年前明代永乐年间修建的皇宫，里面的栏杆都是用汉白玉雕刻的，保和殿后面有一块重达250吨的云龙石，也是用汉白玉雕刻的。天安门前后各有一对汉白玉雕刻成的华表，云龙盘柱，横插云板，每一根都高10米，粗1米。矗立在天安门广场中心的人民英雄纪念碑是用17000块花岗岩和汉白玉建成的，在碑座的四周有10块汉白玉大浮雕，栩栩如生地再现了从虎门销烟到百万雄师过大江的历史场景。

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人民英雄纪念碑
不同于泰山石，泰山石的产地只在泰山，而大理石的产地却遍布全国，其中最著名的当属云南大理的点苍山。北京房山的大理岩有白色和浅灰色两种，其中白色的大理岩就是珍贵的汉白玉，浅灰色大理岩具有各种细条花纹，称为艾叶青。此外，全国各地都出产自己独特的大理岩石材，如，内蒙古的蒙古黑，海南的崖州红，辽宁的丹东绿，新疆的天山蓝，四川的蜀白玉，安徽的红皖螺，甘肃的冰岛灰，河南的松香玉，云南的水墨花，等等。
世界上其他地方也都发育了和我们大理岩成分、结构、质地相同的变质岩，英文的名字叫“Marble” ，地质学家把它翻译成纯汉化的“大理岩” 。在意大利佛罗伦萨市西北有个小城，叫卡拉拉，位于阿普安阿尔卑斯山脚下，那里出露了大片的白色大理岩。公元16世纪，欧洲文艺复兴三杰之一的米开朗基罗就是用这里的大理岩雕刻出举世闻名的《大卫》，卡拉拉大理岩也由此闻名遐迩。

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米开朗基罗用卡拉拉大理岩雕刻的《大卫》

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“四大名砚”和岩石变质
古代文人离不开砚台，现代书法家和国画家也喜爱好砚台。砚台的实用功能是研墨，在砚台里把墨块研磨成细末，叫“下墨” ，而研磨下来的细末和水发生融合叫“发墨” 。下墨和发墨是衡量砚台好坏的两项重要指标，下墨和发墨都极佳的砚台被视为珍品。唐代大书法家柳公权曾把甘肃洮州的洮砚、广东肇庆的端砚、安徽歙县的歙砚及山西新绛县的澄泥砚列为“四大名砚” ，其中除澄泥砚外，端砚、洮砚和歙砚都是用天然石材制成的。
在地质学家眼里，端砚的石材是泥质岩，而洮砚的石材是板岩，歙砚的石材是千枚岩化的板岩，它们正好反映了变质岩的一段形成过程。制作端砚的泥质岩是沉积岩，粒度非常细，粒间孔隙也小，因此，发墨很细，但由于石材的泥质质点间粘接不紧密，硬度小，因此下墨较慢。

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安徽歙砚
经过变质作用后，泥质岩会变成板岩，开始结晶出细小的矿物，虽然人的肉眼还分辨不出，但矿物的粒度变大了，矿物质点间焊接紧密了，因此洮砚的下墨变快了，但发墨却不如端砚细了。
板岩进一步变质会形成千枚岩，矿物颗粒结晶得更粗大了，肉眼就可以觉察到极细小的白云母晶体，让岩石出现丝绢光泽。歙砚石材的变质程度恰好介于板岩和千枚岩之间，矿物晶体不够大，但已经出现丝绢光泽，使歙砚出现螺纹、眉纹等各种花纹结构，而零星结晶出的黄铁矿颗粒成为歙砚中的金星。
歙砚的矿物颗粒相对较粗，因此下墨能力最强，虽然纹理精细，发墨效果也很好，但还是赶不上泥质岩制成的洮砚和板岩制成的端砚。
千枚岩如果再进一步变质，就会形成片岩和片麻岩。片岩中有大量的云母片，肉眼就能清楚地看到，这样的石材已经不能去制作砚台了。好砚台讲究细而不滑，涩而不粗，但片岩却是滑而不细，既涩又粗。片麻岩就更粗了，除了含有云母等片状矿物，还有大量长石、石榴子石等粒状矿物，用它制作砚台肯定是不行了，但它很坚硬，又很粗糙，山村里生活的人们叫它“麻石” ，用来做石磨和碾子。

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千枚岩 摄影：王清晨
1893年，英国地质学家巴罗在苏格兰高地对泥质岩的变质作用进行了研究，他指出，随着温度的增高，岩石中会有规律地逐步形成绿泥石、黑云母、石榴子石、蓝晶石和夕线石等矿物，（泥质）岩石也会逐渐变成千枚岩、片岩和片麻岩。后来在世界上其他很多变质岩地区也都发现了同样的矿物变化带，于是，人们就把这种规律性的矿物和岩石变化叫做“巴罗式变质带” 。

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片麻岩 摄影：王清晨
澄泥砚是“四大名砚”中唯一不是用石材制成的砚台。唐代的澄泥砚是用山西新绛县汾河里捞上来的细泥制成的。古人从河床中取泥，淘洗澄清成细泥，再放在绢袋中在河水里继续经受冲洗，两三年后再取出做成砚台坯，晾干后放进窑里用火煅烧，恰当的火候使砚台的硬度介于陶和磁之间，出窑后再精雕细琢，成为下墨和发墨极佳的澄泥砚，作为贡品纳入皇宫。
后来，由于制作工艺复杂，烧窑火候又难以掌握，澄泥砚失传多年，直到20世纪70年代日本访华团提出要买几方澄泥砚，才引起国内相关部门的重视，开始重拾这门儿手艺，市面上出现了山西绛州澄泥砚，山东鲁柘澄泥砚，河南虢州澄泥砚等。
会“变脸”的变质矿物
看过川剧的人一定对“变脸”印象深刻，一个角色竟然可以秒变成十来种不同的脸谱。变质矿物真会“变脸”吗？当然会啦。
变质作用的英文是“metamorphism” ，词根“meta-”的意思是“变” ，词根“-morph”的意思是“形状、形貌” ，两个词根加起来，这不就是“变脸”吗？所以， “metamorphism”按照字面的意思就成了“变脸作用” ，相应地，变质岩成了“变脸岩” ，变质矿物成了“变脸矿物”！
当然，地质学家不会这样去直译，因为在变质过程中发生变化的不仅仅是外部的形貌，还有内部的结构构造和成分。例如，前面讲过的泥质岩变质形成的“巴罗式变质带” ，其中很多矿物的变化都反映了化学成分的变化。
在构成变质岩的矿物中，最典型的“变脸”要数红柱石、蓝晶石和夕线石了。这三种矿物的化学成分都是Al2SiO5 ，但在不同的温度和压力下，它们会相互转变。当温度增高后，红柱石和蓝晶石就会消失， “变脸”成夕线石，而当压力变大后，红柱石和夕线石也会消失。同一种化学成分，在不同的温度压力下竟会形成不同的矿物，这种现象叫“同质异象”。

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红柱石中国地质博物馆馆藏
这种“变脸”还出现在其他矿物中。例如，石英、柯石英和斯石英是SiO2的同质异象。它们的“变脸”主要靠压力的变化。石英在压力增大到一定程度后会“变脸”成柯石英，在压力再增大后，会“变脸”成斯石英。在这三种同质异象的矿物中，只有石英是人们很早就认识的，而天然形成的柯石英和斯石英直到1960年和1962年才分别在美国亚利桑那州的大陨石坑中被发现。

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石榴子石夕线石云母片岩中国地质博物馆馆藏
作为同质异象矿物，其相互“变脸”的“本事”是由温度和压力的变化磨炼成的。同样，变质岩石的“变脸”也是由温度和压力的变化促成的，更确切地说，是高温和高压促成了变质矿物间的转化。高温高压仅是相对于常温常压而言的，常温常压一般指25摄氏度和1大气压（相当于1.013巴）。
红柱石、蓝晶石和夕线石相互转变的最低温度和压力值为500摄氏度和4千巴（相当于4000大气压），而形成柯石英和斯石英的最小压力分别是25千巴（大约相当于25 ， 000个大气压）和100千巴（大约相当于100 ， 000个大气压），这样的超高压在地表上是难以达到的，只有受到陨石冲击时，地表才能形成这样大的压力。

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蓝晶石

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变质岩是奇妙的。虽然人类从200多万年的石器时代就已经接触到变质岩，但真正开始认识变质岩只有200年的时间。在18世纪末地质学界著名的“水火之争”中， “火成论”旗手赫顿用大量的观察事实驳倒了“水成论” ，但“水成论”阵营的人怎么也没想到，在赫顿所说的“火成岩”中，竟然有不少变质岩。这当然不能怪赫顿拿假证据唬人，因为在那个年代，人们心中只有火成岩和水成岩。
“变质作用”这个术语是布埃在1820年引入的，而“变质岩”这个术语经莱伊尔《地质学原理》（1830~1833年）的出版流行起来。从那以后，对变质岩的认识越来越深入：1893年，巴罗在苏格兰高地变质岩区绘制了世界上第一幅变质矿物变化带图；1920年，埃斯科拉首先提出了变质相的概念；1961年，都城秋穗提出“双变质带”概念，把变质作用和板块构造联系起来；1984年，肖邦在阿尔卑斯山发现造山作用形成的柯石英，提出了“超高压变质”概念，并指出密度小的大陆块可以深俯冲到地幔深处……
至今，地质学家们还在努力工作着，或许明天就会有新的发现，揭示出更多的奥秘。