熔岩：形成、地质 & 品种
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熔岩：从地幔熔体到火山岩
熔岩是达到地表的岩浆，失去热量和气体后变成火山岩。其最终形态取决于熔体的生成方式、喷发地点、携带的二氧化硅和气体含量，以及是在空气中、水下、地壳下还是作为空中碎片冷却。
什么算作熔岩？
熔岩是喷发到地表的熔融或部分熔融岩石。在地表以下时称为岩浆；一旦从火山口、裂缝或断裂中喷出，就成为熔岩并开始冷却形成喷出火成岩。
快速冷却赋予熔岩其特有的细粒、玻璃质或多孔质结构。致密玄武岩、多孔火山渣、浅色浮石、光亮黑曜石、块状穹丘岩和圆形海底枕状熔岩都可能是火山产物，尽管它们外观差异显著。这些差异源于熔体化学成分、气体含量、温度、粘度、晶体含量和冷却环境。
熔岩流
一团连贯的熔融岩石在地表移动。玄武岩流可能流动很远；富硅流通常短、厚且陡峭。
熔岩碎片
从熔岩流中抛出、喷溅、撕裂或破碎的一块熔岩。火山弹、喷溅物、火山渣和浮石保留了喷发的运动和气体含量。
熔岩玻璃
快速冷却的熔体，晶体来不及生长。黑曜石和黑玻璃岩是重要的玻璃质火山材料。
岩浆如何形成
当条件允许固体岩石部分熔融时，岩浆形成。三种主要途径是减压、挥发物添加和热传导。
减压熔融
热地幔上升，压力下降速度快于物质冷却速度。这允许部分熔融而无需大幅升温。减压熔融为中洋脊、大陆裂谷和许多热点系统提供岩浆，通常产生玄武岩质岩浆。
助熔剂熔融
来自俯冲板块的水和其他挥发物降低了覆盖地幔楔的熔点。这个过程是火山弧的核心，那里常见安山岩和英安岩质岩浆。
热传导熔融
热镁铁质岩浆侵入较冷的地壳并将热量传递给它。在大陆环境中，这有助于生成富含二氧化硅的熔体，包括与破火山口、穹丘和黑曜石系统相关的流纹岩质岩浆。
岩浆喷发前的演化过程
熔融开始后，岩浆可能通过分馏结晶、同化周围岩石、岩浆混合、挥发物损失和地壳储存发生变化。这些过程有助于解释为何同一火山省份在不同时间喷发玄武岩、安山岩、英安岩和流纹岩。
构造环境
熔岩成分和喷发风格与构造环境密切相关。每种环境提供不同的热量、压力、水分、地壳相互作用和熔融储存平衡。
| 地质环境 | 熔融过程 | 典型熔岩产物 | 地质表现 |
|---|---|---|---|
| 中洋脊 | 上涌幔源的减压熔融。 | 托利伊玄武岩、枕状熔岩、板状熔岩流、岩墙。 | 洋壳和海底火山脊的形成。 |
| 俯冲带 | 来自板块衍生水和挥发物的通量熔融。 | 玄武岩、安山岩、英安岩、流纹岩、岩顶、块状熔岩流。 | 岛弧、大陆弧、层状火山和爆炸中心。 |
| 热点 | 幔柱或长期热异常中的减压熔融。 | 玄武岩盾状火山、碱性玄武岩、熔岩管、绳状熔岩、粗糙熔岩。 | 海洋岛屿、盾状火山和长火山链。 |
| 大陆裂谷 | 伸展、减压和地壳热传递。 | 从玄武岩到流纹岩、黑曜石熔岩流、岩顶和碱性熔岩。 | 裂谷、裂缝系统、火山场和破火山口复合体。 |
| 大型火成岩省 | 高量幔源熔融和裂缝喷发。 | 洪流玄武岩、厚熔岩流序列、熔岩高原。 | 层状火山高原和广阔的玄武岩省。 |
化学成分、温度和粘度
二氧化硅含量是控制熔岩行为的最重要因素之一。低硅玄武岩熔岩温度更高、流动性更强；高硅流纹岩熔岩温度较低、粘稠，更容易困住气体或迅速冷却成玻璃。
| 熔岩类型 | 典型SiO含量2 | 典型喷发温度 | 相对粘度 | 常见产物 |
|---|---|---|---|---|
| 玄武岩 | 约45-52 wt% | 约1100-1250°C | 低 | 绳状熔岩（Pāhoehoe）、粗糙熔岩（ʻaʻā）、熔岩管、板状熔岩流、枕状熔岩、渣岩。 |
| 安山岩 | 约52-63 wt% | 约900-1100°C | 中等 | 块状熔岩流、复合锥体熔岩、喷溅物、角砾岩。 |
| 英安岩 | 约63-69 wt% | 约800-950°C | 高 | 短而厚的熔岩流、岩顶、尖峰、浮石边缘。 |
| 流纹岩 | 大于约69 wt% | 约650-850°C | 非常高 | 黑曜石、浮石、流纹状熔岩、岩顶、熔岩堰塞体。 |
气体为何改变一切
水、二氧化碳和二氧化硫等挥发物在深处溶解于岩浆中。随着岩浆上升和压力下降，这些挥发物形成气泡。如果熔岩流动性强，气体更容易逸出。如果熔岩粘稠，气体可能被困住，产生浮石、爆炸性碎裂或压力驱动的岩顶生长。
地表和海底流动类型
熔岩流动方式直接反映粘度、坡度、喷发速率、冷却速率、晶体含量和结壳形成。玄武岩系统可产生光滑或锯齿状形态，而富硅熔岩通常形成短而厚重的块状体。
Pāhoehoe熔岩
流动性强的玄武岩形成薄而柔韧的结壳，随着熔岩在下方继续流动，结壳产生皱褶和折叠。结果形成光滑、绳状、鼓起或片状表面。
ʻAʻā熔岩
破碎的玄武岩熔岩流分解成角状火山渣，表面粗糙且磨擦感强。通常在熔岩较冷、晶体含量较高或受较大应变时形成。
块状熔岩流
安山岩至流纹岩熔岩常形成厚重的熔岩流，表面破裂成块状。其内部可能保持高温和延展性，而外壳破裂成角状板块。
熔岩岩丘
非常粘稠的英安岩或流纹岩熔岩可能在喷口附近堆积而非远距离流动。岩丘可形成隆起、尖峰或熔岩堆，其坍塌可能产生块状和火山灰沉积。
枕状熔岩
水下喷发使熔岩迅速冷却成圆形隆起，带有玻璃质冷却边缘。枕状熔岩记录海底或冰下喷发，常见于海洋玄武岩。
熔岩管
玄武岩熔岩流可能在表面结壳，而液态熔岩通过热绝缘的内部流动。当熔岩流排空时，可能形成类似洞穴的管道。
熔岩的地质种类
熔岩种类最好通过成分和质地的组合来理解。诸如玄武岩、安山岩或流纹岩的名称描述化学成分和矿物组成；诸如火山渣、浮石、黑曜石或枕状熔岩的名称描述质地或喷发环境。
| 种类 | 成分或过程 | 可见特征 | 它所记录的内容 |
|---|---|---|---|
| 玄武岩 | 镁铁质、低硅熔岩。 | 深色、细粒，有时多孔或斑晶状。 | 热且流动性强的熔岩，常见于脊带、热点、裂谷和洪流玄武岩省。 |
| 安山岩 | 中性熔岩，常与岛弧相关。 | 灰色至棕色，常具斑晶，块状或角砾状。 | 更高粘度的熔岩，受富水俯冲系统和地壳演化影响。 |
| 英安岩 | 富含二氧化硅的中性至长英质熔岩。 | 浅灰至棕色，块状，形成岩丘，有时含浮石。 | 高粘度、高气体滞留，流动或岩丘短而厚重。 |
| 流纹岩 | 高硅熔岩。 | 浅色至红色，流动带状、玻璃质、浮石状或形成岩丘。 | 富含二氧化硅的熔体，冷却形成黑曜石、浮石、岩丘或带状熔岩流。 |
| 黑曜石 | 快速淬火的火山玻璃，通常为流纹岩质。 | 光滑的黑色、棕色、灰色或带状玻璃，具贝壳状断口。 | 冷却速度极快，晶体无时间生长。 |
| 火山渣 | 富含气体的镁铁质至中性熔岩碎片。 | 深色、红色或棕色多孔岩石，气泡壁厚实。 | 脱气、氧化和产生火山渣的喷发方式。 |
| 浮石 | 富含气体的长英质熔岩膨胀成泡沫状玻璃。 | 浅色、高孔隙率、轻质材料，初期可能漂浮。 | 富含挥发物的爆炸性或喷发性硅质活动。 |
| 喷溅物与火山弹 | 从火山口喷出的熔融碎片。 | 焊接的熔块、扭曲的带状体、纺锤形火山弹、面包壳状结构。 | 熔岩仍塑性或熔融时的破碎与成形。 |
冷却结构与流后特征
熔岩停止流动后，冷却继续在岩石中形成新结构。这些特征帮助地质学家重建流向、冷却历史、水体作用及后期变质。
柱状节理
厚熔岩流和熔岩湖冷却时可能收缩成多边形柱状节理。柱状节理大致垂直于冷却表面生长。
流动带理
富含二氧化硅的熔岩和黑曜石可能保留条纹、褶皱和带状结构，源于最终冷却前不同熔融层的运动。
冷却边缘
熔岩与水、湿沉积物、冰或冷空气接触时，可能形成玻璃质边缘或细粒皮壳。
节理与断裂
冷却收缩、流动膨胀及后期应力产生裂缝，引导流体和次生矿物生长。
熔岩膨胀
流体玄武岩可能在地壳下继续供给，抬升表面并形成隆起、压力脊和空洞。
杏仁状矿物
气孔后来可能被方解石、石英、玉髓、沸石、绿泥石或透辉石等矿物填充，形成杏仁状熔岩。
气孔、杏仁状矿物与气体记录
气孔是冻结的气泡。它们的大小、形状、数量和排列揭示气体如何逸出、熔岩流动速度及冷却方式。
- 圆形气孔形成于气泡未被拉伸时被保存。
- 拉长气孔记录了熔岩仍软时的流动或剪切。
- 富含气孔的流顶常显示气体聚集在玄武岩流的上部。
- 杏仁状矿物显示流体后来穿过岩石并沉积了次生矿物。
- 浮石泡沫代表富含二氧化硅玻璃中极端的气泡化。
鉴定与相似物
熔岩通过质地、环境、矿物组成、密度、磁性和断口来识别。仅凭颜色不可靠，因为工业矿渣、炉渣、人造玻璃、煤炭废料和染色多孔材料可能类似火山岩。
有用的线索
- 气孔可能是圆形、拉长、开放或被矿物填充。
- 玄武岩通常致密、颜色暗且因含铁钛氧化物而弱磁性。
- 黑曜石显示玻璃光泽和贝壳状断口。
- 浮石因含有大量封闭孔隙而异常轻盈。
- 火山环境强烈支持鉴定。
矿渣与熟料
矿渣可能呈暗色且多孔，但它可能含有金属液滴、不自然的颜色、工业玻璃表面，或与铸造厂、铁轨床、熔炉或废弃场相关的环境。
天然玻璃与人造玻璃
黑曜石和人造玻璃都能产生贝壳状断裂。流纹带、球状晶体、火山包裹体和地质环境有助于确认黑曜石身份。
护理与处理
致密的玄武岩和许多熔岩标本适合展示，但多孔和玻璃状的形态需要更小心处理。浮石和渣岩的薄泡壁可能脱落颗粒，黑曜石边缘非常锋利。避免热冲击、沸水、明火以及可能渗入多孔材料并改变表面的重油或蜡。
清洁
使用软刷、气吹球或干布。稳定的玄武岩可以短暂冲洗并彻底晾干，但多孔的渣岩和浮石不应保持潮湿。
存储
包裹黑曜石和其他锋利的玻璃碎片，防止边缘割伤皮肤或刮伤邻近标本。脆弱的浮石和渣岩应从下方支撑。
展示
侧光比强烈直射光更能显现气孔、流线、玻璃光泽和矿物填充的杏仁状结构。
常见问题解答
熔岩总是玄武岩吗？
不是。玄武岩是地球表面最广泛的熔岩类型，尤其是在海洋和热点环境中，但熔岩也可以是安山岩、英安岩、流纹岩或成分更为特殊的类型。
为什么有些熔岩流看起来光滑，而有些则锯齿状？
光滑的 pāhoehoe 和锯齿状的 ʻaʻā 都可以是玄武岩。区别在于温度、结晶度、气体含量、坡度、流速以及外壳破裂或折叠的方式，而内部仍在流动。
熔岩如何变成黑曜石？
黑曜石形成于富含二氧化硅的熔岩冷却极快，晶体来不及生长。结果是具有光泽和贝壳状断裂的火山玻璃。
为什么浮石能漂浮？
浮石含有大量封闭的气泡，其整体密度甚至低于水。一旦水进入孔隙网络，曾经漂浮的浮石可能最终会下沉。
熔岩中的杏仁状结构是什么？
杏仁状结构是先前的气泡，后来被流体携带的矿物填充。常见的填充物包括方解石、石英、玉髓、沸石、绿泥石和透闪石。
熔岩能在水下形成吗？
是的。海底喷发在中洋脊和海洋火山环境中很常见。喷发到水中的熔岩通常形成带有玻璃质冷却边缘的枕状结构。
形成故事一览
熔岩是深层地质过程的可见终点：岩石部分熔化，岩浆上升，气体膨胀，熔融物质喷发到空气、水、冰或裸露地面。从那一刻起，冷却开始将运动转化为质地。绳状玄武岩、锯齿状 ʻaʻā、枕状熔岩、黑曜石玻璃、浮石泡沫、渣岩、穹顶、管状、柱状、气孔和杏仁状结构，都是同一转变的记录：地球的热量成为永久的表面语言。