壹木自然读书会 |从丹霞地貌到岩石圈（上）

主持人圆蜗牛：我们有请彭老师先做个简单的自我介绍吧！分享人彭凌锋：各位亲爱的小伙伴，晚上好！我叫彭凌锋，毕业于山西大学自然地理资源环境专业。现在就职于广东省韶关市仁化县自然局，同时我叶是丹霞山的一名科普志愿者。很荣幸这次受陈昉主任和小丸子老师的邀请，给大家做地质科普分享。

地质是我在大学的必修课，也是我非常感兴趣的一门课程。同时我对植物也比较感兴趣，选修了植物地理学，就是研究植物在地理环境下的分布因素。虽然参加工作了，但经常会去丹霞山参加是活动，不断学习丰富自己的知识面。

希望我们能够在这次分享会上一起领略到风景秀丽的丹霞山以及壮丽的岩石圈。

今天的主题是“从丹霞地貌到岩石圈”，丹霞地貌作为引子。因为之前陈昉主任在视频课里面给大家分享过丹霞山，所以这部分就简略讲，最主要的是后面的岩石圈。

今天的分享会主要分为四个部分。第一是丹霞地貌，第二是地球的圈层结构，以及矿物与岩石，和最后的岩石风化与土壤形成。这大概是从宏观到微观，从整个地球层面，最后到我们每天都能看见的土壤的大致形成过程。今天可能ppt比较长，时间分布大概是丹霞地貌五分钟，圈层结构五分钟，岩石与矿物半个小时，岩石风化和土壤再讲十分钟。最后再留是时间给大家提问。

⦁丹霞地貌

图片上展示的是我们非常熟悉的广东省著名的丹霞山茶壶峰景区。

丹霞地貌的定义是以陡崖坡为特征的红层地貌。这是它的最直观特点，红层是以陆相碎屑堆积物为主的红色沉积岩，在后面会讲到它。

丹霞山在古时候，几亿年前是内陆盆地，经过亿万年的沉积，会明显看到它有分层结构。至于它显示红色，后面会在土壤那一节去分析，它的这种氧化因素导致它呈红色。

可以看到这是僧帽峰，它的主要特点是顶平、山陡、麓缓，用一句非常有趣的话说“头戴草帽子，光着红膀子，穿着绿裙子”。

丹霞地貌的演化过程根据戴维斯的“侵蚀循环理论”，就是这个地块以前是一块平地，在经过流水等外力作用下，侵蚀一整块的平地，并将其分割成不同的山脉和岩石。

为了进一步研究丹霞地貌的演化，将丹霞进一步分为青年早期、青年晚期、壮年早期、壮年晚期、老年早期和老年晚期六个阶段。可以看到它的历史演化过程。图片上可以看到它的不同结构。

⦁地球的圈层结构 

众所周知，我们的地球是圆形的。更准确地说，是上小下大的梨形形状。可以类比于鸡蛋，像鸡蛋有蛋壳、蛋白和蛋黄，地球则是由地壳、地幔和内核三部分组成。

地壳，就是平时我们所谓的地表。地壳有不同厚度，相对而言，越高的山脉比如说青藏高原，它的地壳就越厚；而在大洋中脊，地壳就非常薄，包括在太平洋中脊，是最薄的地壳。

地幔类比于鸡蛋的蛋白，属于中间地段。在地幔的上部分有软流层，这是平时我们看到的火山爆发，它的岩浆主要发源地。

最后是地核，等同于鸡蛋的蛋黄。

说完内部圈层结构之后，我们来看它的主要组成部分。在地壳当中，主要是氧、硅、铝、铁、钠、镁、钾等，这些元素组成了地壳。刚才说过海拔越高，地壳越厚；海拔越低，地壳越薄。它的特点是厚度不均，以及它的硅铝层分布不连续，就像是上面的图可以看到。

再说外部圈层。

我们平时生活主要在大气圈、水圈、生物圈以及岩石圈。地球的外部圈层是由大气圈、水圈、生物圈三个圈层构成。至于岩石圈是否属于外部圈层，业界还处于争论中。因为它既有与外部接触的环境，又是出露地表的地壳，又包括地球内部地幔软流层以上的坚硬岩石，所以它是处于外部圈层和内部圈层的过渡阶段。大气圈我就不赘述了。

上面这个表格，可以更加直观地看圈层结构。像大气圈的垂直分层当中的对流层，平时这些气象、每天所谓的天气状况就是主要发生在对流层。比如说刚才这里下雷暴雨、雷阵雨，这是夏天嘛！

对流层的大气活动比较频繁，不利于像是航空器的飞行。我们平时乘飞机，它主要是在离地面大概8000米左右的平流层飞行，平流层的大气运动是水平运动，所以有利于飞机航行。在对流层的话，大气有水平还有上下运动，所以坐飞机的时候会遇到所谓湍流等等，就很颠簸。

最后是高层大气。这是更高，比如说今天成功发射的神舟16号，它是在外太空了，那是属于高层大气的范畴。

生物圈是我们生活所包含的部分，它包括大气圈的下半部分和整个水圈以及岩石圈上部。它是生命活动所在的范围。

⦁ 矿物与岩石 

矿物，它是一种纯净物。这是存在于地壳当中具有一定化学成分和物理特征的天然单质或化合物。比如说我们平时看到的方解石，它的主要成分是碳酸钙。单质比如说自然金、自然银以及其他金属包括汞。而其他的，尤其是金属化合物，因为它的单质不太稳定，往往是以化合物的形式存在。

已知的矿物有2000多种，但主要可以分为：造岩矿物和造矿矿物。

造岩矿物是之前所说的那些在山上的岩石等等。而造矿矿物主要是平时所谓挖矿的，就是矿物。比如说锌矿等等，反正是各种矿物。

根据矿物的形成和变化，又分为原生矿物和次生矿物。原生矿物主要是由地幔中的岩浆侵入地壳或者喷出地面冷凝而成，未发生质和任何形态变化的，包括正长石、斜长石、云母及方解石等等。次生矿物是由于在外界环境当中发生内部构造和性质变化（碳化、氧化或生物风化作业），形成次生矿物，如高岭石。高岭石再进一步风化是高岭土，就是景德镇做陶瓷的主要用土。

可以看到，这些都是平时常见的石头。但是这些石头都是属于矿石。有正长石，含钙、钠、钾、铝等硅酸盐化合物，成分比较复杂。有云母，经常会看到白云母、黑云母，可以在地质博物馆看到，在日常的工业用途比较广泛。方解石，它的主要成分是碳酸钙。

再就是花岗岩。它是由长石、云母和石英等矿物组成。花岗岩，我先在这里提它是许多名山大川的主要岩石，比如说西岳华山、南岳衡山、江西的三清山，以及泰山、福建太姥山，甚至黄山等等，都是由花岗岩组成的。所以在刷山或者看植物时候经常会看到花岗岩为成分的山脉。

石灰岩是由方解石和白云石两种矿物组成。它是在亿万年前浅海沉积形成的一种岩石，最后出露地表。它易溶解，主要成分是碳酸钙。在后面会讲到它。它会形成很常见的非常有名的地貌，喀斯特地貌的主要成分是由石灰岩构成的。而刚才看到的石灰岩，它通过变质作用又形成了是我们今天所说的大理岩，包括在天安门广场的华表，就是我们经常说的汉白玉，它的主要成分是碳酸盐，都是大理岩。那些白色的常见的以及日常生活的装饰材料都是由大理岩构成的，但是一般家里用的大部分都是合成的大理岩。真正的天然大理岩还是比较昂贵，原因是比较少且开采相对困难。

再看这些矿物的物理性质：颜色以及条痕。条痕是可以拿矿物去划另一个矿物。它所留下的那些粉末，它的颜色及透明度、光泽、硬度，通常有个指标叫做模式硬度。解理与断口，矿物经受到外力的作用，形成光滑的破裂面，称为解理。不规则的断面称为断口。

刚才说了矿物，接下来说岩石。岩石是由一种或者多种矿物自然组合而成的矿物集合体。按照化学成分，它是属于混合物。

所有岩石都是由三种岩石构成的。按照它的成因，分为岩浆岩、沉积岩和变质岩。

岩浆岩又可以说是火成岩，因为它只有通过地表，就是刚才说的地幔上半部分的软流层所喷发出来的岩浆。只有这个途径才形成了所谓的岩浆岩。

沉积岩，又可以称之为水成岩，

变质岩是通过地质环境变化而形成，通常是在高温高压条件下，内部结构、化学成分等发生变化，所以称之为变质岩石。

地壳当中四分之三都属于岩浆岩。而沉积岩和变质岩占10%多。但是在地表，我们平时看到大概是75%的岩石都是沉积岩构成的。因为大部分岩浆岩它没有露出地表。更多的是在地表以下，它属于侵入岩石；而真正喷发的还是少部分。除非经过大型的地质作用，就像华山那样，地壳抬升，最后一整块岩石出露地表，在亿万年的外力作用包括流水切割、风力的吹、侵蚀等等，形成了形态各异的花岗岩地貌。

岩浆岩是岩浆冷凝形成的岩石，又称火成岩，常见的主要是花岗岩、安山岩和玄武岩。岩浆岩主要有侵入和喷出两种方式。

岩浆上升未达到地表，在地壳当中冷凝称为侵入。它喷出地表的话，就是所谓的火山喷发，就形成了火山岩。

组成岩浆岩矿物的主要是硅酸盐类矿物质，造岩矿物主要是石英、长石、云母、角闪石、辉石、橄榄石等。这里有个有意思的，就是平常所见到的天然钻石，它往往就存在于喷出的火山岩当中。我国最大的金伯利矿即钻石矿，在山东沂蒙地区，它在亿万年前时地壳活动火山喷发非常强烈，所以带出了大量的金刚石，也就是我们平常所见的钻石；而在世界上钻石产量最多的南非也是如此。以后有小伙伴去类似于喷出岩地质地区刷山的时候可以去找一找，看有没有运气。

岩浆岩的构造：它根据空间排列和填充方式所反映出来的外貌特征。它主要取决于岩浆冷凝时的环境，分为块状构造、气孔状、流纹状构造以及杏仁状构造。

块状构造：是花岗岩，就是我们平常的装饰材料，属于比较常见的。

玄武岩：我不知道大家有没有见过，里面很多孔。比如说在东北五大连池那边有专门卖这种玄武岩，它可以用来蹭脚，好像是说有去死皮的功效，还挺有意思的。

流纹状构造：在火山喷发、它的粘性比较大的时候，是火缓慢喷发之后沿着火山锥慢慢冷凝形成。是一种流纹的构造，所以称之为流纹岩。

而杏仁状构造：在火山喷发的时候，其他的矿物夹杂填充在火山岩当中，没有被融化，会形成一种杏仁的构造。

看照片比较直观：像左边的流纹岩；右上角的玄武岩它是气孔这种构造，就看着有点像蜂窝似的；左下角杏仁状构造；右下角的花岗岩块状构造。以后大家刷山的时候就可以看这些岩石，雁荡山是流纹岩构造。

沉积岩是在地表常温常压环境下，先前存在的岩石（岩浆岩、变质岩和早期形成的沉积岩）经过风化、搬运，堆积成岩而形成的层状岩石。层状岩石就表明它有这个特点，会有层状，很明显。在丹霞山，可以看到刚才那个茶壶峰，它是一层一层的，这是明显的沉积岩形成的山脉。

最后再看沉积岩的形成。它首先是风化剥蚀，在流水、风、冰川等外力搬运，最后在浅洼的地方（海洋、湖泊、低地）沉积，复杂成岩过程形成沉积岩。

还是以丹霞山为例，在几亿年前，它是内陆湖盆地，是周边由锦江带来的碎屑物沉积在丹霞盆地这里，再经过后来地壳抬升。把那些一层层的堆积物出露地表，最后又在流水的切割下形成形态各异的丹霞地貌。

再来看常见的沉积岩分类。

首先看碎屑岩类，它是火山碎屑。你可以理解是火山喷发之后，再经过流水冲蚀，从那个火山堆把火山碎石冲到了低洼地，凝结成岩，一般颗粒比较大。比如说常见的火山角砾岩、凝灰岩等等。

再看粘土岩，主要是页岩和泥岩。主要区分是粒径小于0.005毫米的矿物，如高岭石以及水云母等。

最后看石灰岩、白云岩和泥灰岩。

表格可以看得更加清晰明了。

沉积碎屑岩是根据粒径大小来区分的。砾岩、砂岩和粉砂岩，像丹霞地貌，它主要就是砾岩和砂岩。

这些就是刚才所说的碎屑构造、泥质构造，这是沉积岩及结晶构造和生物构造。

砾岩和角砾岩：砾岩是指由30%以上直径大于2㎜的颗粒碎屑组成的岩石。要是在野外，发现石头里面有很多这种大颗粒再形成一块儿的，可以判断它是角砾岩。或者说在剖面是它那个岩层当中有很多这种砂岩，这石头可以判定它是一种砾岩形成的。这是用角砾岩做成的石板，比较耐磨，因为有石英在里面。大家可以看一下这图片了解一下。

砂岩主要是耐风化的矿物颗粒如石英和长石以及少量岩石碎屑组成，它是多孔、透水性好、蓄水，通常是石油天然气的聚集所。

粉砂岩：大家看最底下那几个石头可以自己判别。最左边那个是砂岩。中间属于砂岩和粉砂岩过渡的阶段。当然，这只是凭肉眼判断啊！因为如果要确切的话，还得用专业的仪器去测量，而像右边那个很明显是粉砂岩。

泥岩和页岩。

再看石灰岩：主要是由方解石构成，方解石的主要成分是碳酸钙。石灰岩除了一部分碳酸钙，还有白云石、粘土矿物等等。石灰岩的分布很广泛。平时是制造石灰的重要原材料。

再看泥灰岩：泥石灰是做水泥的原料。

再看沉积岩的层理构造。以丹霞山为例，主要很明显的有那个水平层理构造。因为岩石可能在地壳当中变化，它会有倾斜、各种构造、断裂等等，就会有斜交层理、波状层理以及交错层理。

第二个是层面构造。还有波痕、雨痕和泥痕，后面有图片，可以大家直观地感受到。

水平层理和单斜层理以及交错层理：这些层理构造主要是在地质作用下，比如说地壳平稳抬升，那么它应该属于一种水平层理；但有时候经过地震或者断裂等等其他包括褶皱，它就会发生变化。而波痕、泥痕是在亿万年前----在这里跟大家说明，地质上的单位是100万年，就是说，形成地质的历史作用往往都是成千上亿年的慢慢累积作用，而非一朝一夕----所以包括波痕和泥痕，它是在不断的炙烤，可能因为它所处的环境属于很干旱，最后再经过上千万年上亿年的积累，逐渐形成了这个模样。

这些波痕中间，可以很明显地看到是小溪或者河流不停地切割这一块石头。就是说，在几千万年以后，这又是更加深的深沟了。又形成各种的波痕等等。

这里我要说在刷山过程当中发现岩石或者岩层当中有化石，那么一定是沉积岩构造，可以说有化石的地方就一定属于沉积岩。但沉积岩却不一定有化石。因为化石的构造，主要是有生物遗骸或者遗迹，比如说恐龙蛋化石、恐龙足迹化石等等。

第三个变质岩：在地壳当中受到构造运动、岩浆、运动、高温、高压以及化学活动性很强的气体和液体影响，其矿物成分、结构、构造等会发生一系列变化，这就是变质作用。经原岩石变质后形成新的岩石。变质岩既可以是由岩浆岩变质而来，又可以是沉积岩变质而来，还可以是变质岩再次变质，而形成变质岩。比如说平常食物会变质，那么岩石，它因为外界环境变化、外界的地质环境变化而形成，也可以称变质。它主要是由于温度、压力和化学活泼性流体作用。

区分这三大岩石的区别。变质作用形成于地壳一定深度，发生一定温度和压力。刚才说的平常那个火成岩，就岩浆在侵入地表内部的时候，会带来高温，去灼烧它周围的岩石，那么在高温环境下它周围的岩石内部成分有可能发生改变，化学性质会发生改变，这时候它有变质作用。地质作用是发生板块碰撞以及地震等等，它会挤压在地壳内部形成很强大的压力，因而会改变它的内部构造。这是一种变质作用。它通常形成于一定深度。

沉积岩：它属于地表或近地表，常温常压条件下。

第三个，岩浆岩肯定是形成于高温高压下。在我们日常生活当中，有火山喷发，这是释放这些岩浆。有各种岩石，因为板块碰撞，它会俯冲到上地幔那个软流层当中，软流层把那些岩石软化形成岩浆。

最后可以看变质作用的是矿物，是在固态环境完成的。而岩浆岩是从液态岩浆中结晶形成的。

再看变质岩的构造。它主要是变余结构、变晶结构和碎裂结构。这一方面可能觉得比较难，大概知道就行了。

片理构造和非片理构造：片理构造通常可以是板状构造、千枚状构造、片麻岩构造。这些都是变质岩所特有的。在后面有图片展示，有的时候看到这些板状构造、千枚状构造等构造，就可以断定它是一种变质岩。

左图是片岩。它是有片状构造。鳞片成变晶构造，主要是云母、绿泥石，滑石等角闪石等矿物组成。

最后是板岩，右图板岩，是不是跟上一节那个沉积岩当中的泥岩比较类似呢？它是泥岩变质而来的，所以有一定的相似性。

看千枚岩和大理岩以及石英岩。尤其是大理岩，是常见的建筑材料，深受大家喜爱，做室内的地板或者灶台等等。最开始是因为大理盛产而得名。它具有各种美丽的花纹和颜色。一般在市场上见的其他颜色都是人工合成染色的。

最后石英岩是晶状构造，它是由沉积岩的砾岩变质而来，是非常好的建筑材料，强度比较硬，抗风化能力比较强。

说完三大岩之后，再来看它们之间的内部转化。这是说，岩浆岩它有且只有来源于岩浆作用。而像其他的岩石如沉积岩和变质岩，可以相互转化。岩浆岩可以变成沉积岩和变质岩等等。可以看到它们之间的变化作用。

图片更加直观地展示这些岩石转化以及地球物质循环。这些短时间是没法看出，但是在上千万上亿年间的历史长维度当中，它的塑造作用就比较可观。包括像我们所说的，每年青藏高原它都会向上长高一到两厘米，在非洲的东非大裂谷，它每年会裂开，由于板块运动是向外扩张一到两厘米。经过几千万年之后，青藏高原当然会变得更高，东非大裂谷可能就成为另一个海洋。刚才所说的青藏高原，在6000万年前那里还是一片海洋，但现在却是成了世界上最高的高原。所以是不得不感叹，在地质作用当中，就真的是沧海桑田。

总结岩浆岩，沉积岩和变质岩这三大岩的异同。岩浆岩是侵入岩、喷出岩，沉积岩是一层一层的。变质岩变质之前的原岩形状、矿物成分以及它的结构有相似之处。大家如果在野外的话，看到这些岩石，主要可以从外观，就比如说它的构造，就像岩浆岩的话，它会有气孔啊，杏仁构造等等去判断；而像沉积岩的话，它有明显的这种层理构造，平行斜交以及波痕、雨痕、冲刷等等。再说到变质岩，就非常明显地有片麻状等等，这些属于变质所特有的结构。

接下来再具体看在野外怎么去观察岩石？

一看、二摸、三闻、四敲最后再划。可以用放大镜，相互敲击。当然滴盐酸的话不太现实，一般在实验室中做实验比较常见。

可以看它有无层理，气孔什么形状。层理的话，平常它的层理就比较明显。而气孔的话，像那个火成岩，尤其是玄武岩，它就比较有突出特点。最后斑点，花岗岩或者是变质岩它的片麻岩这种特征。生物痕迹（化石）是说，一旦发现岩石或者岩层里面有化石，那么它肯定是沉积岩。根据颗粒大小分粗中细，这是可以判断它是沉积岩的砂岩、砾岩、泥岩等等，可以从这些方面来分。颗粒结构松散紧密，以及敲击它声音是否清脆，滴些盐酸冒不冒泡等等。

这里大概是归纳了平时所见到的常见岩石，所根据的是依据砾岩、砂岩，小石、卵石，紧密。大家可以记下来，以后在刷山过程当中，你去区分它是最左下角那个多孔的浮石，还是刚才所说的玄武岩。浮石它产生在火山喷出之后，有很多溶浆，里面有气体，气体溢出之后留下的是小孔蜂窝状的，所以它的密度比较小，甚至可以在水面上浮起来。

这是观察岩石的记录。是怎么去看岩石，又从颜色、层理、构造、颗粒状态以及声音，包括在实验室还可以滴些盐酸。

这些是常见的岩石。

整理：汪远方

排版：邹艳

校对：彭灵

发送：郑文慧