熔岩（火山岩）：物理 & 光学特性
Linas Juozenas分享
熔岩：物理和光学特征
熔岩是达到地表并冷却成火山岩或喷出岩的熔融岩石。其外观取决于化学成分、气体含量、冷却速率和环境：玄武岩流可能变成致密的木炭石、泡沫状煤渣、水下枕状体或玻璃状的黑色熔岩，而富含二氧化硅的喷发物可能冷却成黑曜石或膨胀成浮石。
熔岩冷却后的形态
熔岩不是单一矿物。它是岩浆的地表表现，冷却后成为由晶体、玻璃、气孔及有时后期矿物填充物组成的火山岩。这就是“熔岩岩石”的物理和光学性质为何从致密玄武岩到能漂浮的浮石变化如此之大的原因。
成分最为关键。玄武质熔岩富含铁和镁，通常颜色较暗，流动性较强，常由斜长石、辉石、橄榄石和铁钛氧化物组成。安山质熔岩成分和粘度居中，通常呈灰色至棕色，具斑状结构。流纹质熔岩富含二氧化硅，粘度高，特别容易形成火山玻璃、黑曜石和极多孔的浮石。
玄武质熔岩
低粘度的镁铁质熔岩，常形成细粒玄武岩、绳状 pāhoehoe 表面、破碎的 ʻaʻā 煤渣、浮石和水下枕状体。
安山质熔岩
中间粘度的中性熔岩，通常含有可见的长石、辉石或角闪石斑晶，基质为细灰褐色。
流纹质熔岩
富含二氧化硅的熔岩，可冷却成黑曜石，膨胀成浮石，或保留细致的流纹和玻璃化纹理。
物理和光学性质
以下数值描述了常见的火山岩材料，特别是玄武质熔岩。由于熔岩是矿物、玻璃、气泡和变质产物的集合体，个别样本可能有所不同。
| 属性 | 典型熔岩材料 | 解释说明 |
|---|---|---|
| 材料类型 | 喷出火成岩 | 可能包含晶体、火山玻璃、气孔、氧化壳和次生矿物。 |
| 常见矿物 | 斜长石、辉石、橄榄石、磁铁矿、钛铁矿、火山玻璃 | 安山岩熔岩可能含角闪石；流纹玻璃在手标本尺度上可能矿物贫乏。 |
| 颜色 | 黑色、深灰色、棕色、砖红色、乳白色、浅灰色或玻璃黑 | 新鲜玄武岩通常为黑色至炭灰色；红色渣岩反映铁的氧化；浮石通常为浅色。 |
| 纹理 | 细粒状、多孔、玻璃质、斑状、泡沫状、渣状、绳状、块状或枕状 | 纹理记录冷却速率、气体含量、喷发方式及熔岩是在空气中还是水中冷却。 |
| 莫氏硬度 | 整体约为5至6.5 | 黑曜石通常约为5至5.5；浮石尽管接近莫氏硬度6的玻璃质，但可能易碎。 |
| 比重和表观密度 | 框架密度通常约为2.7至3.1；多孔时表观密度可低得多 | 浮石可能因封闭气泡降低整体密度而漂浮；渣岩比致密玄武岩轻。 |
| 光泽 | 暗淡、土质、亚玻璃光泽、丝绸哑光或玻璃光泽 | 黑曜石为玻璃光泽；玄武岩新断口可能显示微弱光泽；浮石通常为哑光。 |
| 断口 | 玻璃中断口不平、颗粒状、粗糙、碎裂或贝壳状 | 黑曜石断裂呈锋利的贝壳状边缘；多孔岩沿气泡壁断裂。 |
| 条痕 | 灰色至深色，通常无诊断意义 | 岩石是混合物，因此条痕比纹理、磁性、密度和环境的鉴别价值低。 |
| 磁性 | 弱磁性到局部磁性 | 磁铁矿和钛铁矿可能产生反应，尤其是在玄武岩材料中。 |
| 酸反应 | 弱酸中熔岩本身无气泡反应 | 晚期碳酸盐涂层或填充物可能会反应，但火山基体不是石灰岩。 |
| 光学特性 | 变化多样：基质中有双折射晶体，黑曜石中为各向同性玻璃 | 薄片显示斜长石、辉石、橄榄石、玻璃和微晶；黑曜石主要是各向同性的。 |
| 荧光 | 通常惰性 | 某些涂层、沸石、方解石或气泡状矿物可能会发荧光，但熔岩基体通常不会。 |
光学行为
熔岩的光学行为受冷却速率控制。快速冷却可以保留玻璃质；即使在熔岩流中，较慢的冷却也会产生细小晶体。气泡会散射光线，而玻璃表面则能反射出镜面般的光泽。
黑曜石 是火山玻璃。它是无定形且光学各向同性的，因此其行为不同于结晶的火山岩。抛光或新破裂的边缘可以显示出光亮的镜面光泽、贝壳状断口、流纹带，以及某些品种中的光泽效应或雪花状球晶。
玄武岩和安山岩含有细小晶体的细基质。在薄片中，斜长石晶片可能显示多合成孪晶，辉石通常具有高折射率，橄榄石可能呈现为变质或新鲜的斑晶。浮石和浮渣的光学特征主要由气孔主导：光线在泡壁上散射，形成哑光、泡沫状外观。
颜色和表面稳定性
熔岩颜色反映化学成分和风化情况。新鲜玄武岩因富含铁质硅酸盐、火山玻璃和铁钛氧化物而呈黑色至炭黑色。浮渣可能因铁在气孔壁氧化而呈黑色、红褐色或砖红色。浮石通常为奶油色、浅灰色或白色，玻璃干净时如此，铁质流体通过处呈棕褐色至锈色。
黑曜岩通常为黑色，但根据铁氧化、玻璃化、晶体生长和微观夹杂物，可能呈现红褐色、雪花状、带状或带光泽。大多数火山岩在普通室内展示中稳定，但玻璃表面长时间会形成水合层。应避免快速加热和冷却，因为火山玻璃在热冲击下可能开裂或断裂。
黑色和炭黑色
典型的新鲜玄武岩、黑曜岩和黑色玻璃。新断口通常比风化表面更暗且更干净。
红色和棕色氧化
常见于浮渣、火山渣和风化玄武岩中，铁质矿物在空气或近地表水中氧化形成。
浅色浮石
通常与富含二氧化硅的泡沫玻璃及大量封闭气孔相关。其低表观密度是结构性的，而非独立矿物。
质地和形态
火山岩通常通过质地比单纯颜色更可靠地识别。泡壁、玻璃状断口、流纹带、枕状结构和晶体大小都记录了喷发和冷却的条件。
| 质地或形态 | 形成方式 | 可见特征 | 常见材料 |
|---|---|---|---|
| 隐晶质玄武岩 | 快速冷却产生的晶体太小，肉眼难以看清，需要放大镜。 | 致密的深灰色到黑色岩石，有时带有细微的断裂光泽。 | 玄武岩和细粒安山岩。 |
| 多孔熔岩 | 溶解气体随着压力下降膨胀，留下冷却岩石中的气泡。 | 圆形或拉伸的孔洞；当气孔丰富时，体积轻。 | 浮渣、多孔玄武岩、浮石。 |
| 浮渣 | 镁铁质到中间质熔岩起泡沫状，然后冷却，泡壁比浮石更厚。 | 暗色、生锈色或红棕色多孔岩石，表面粗糙。 | 玄武质至安山质渣岩和熔岩流。 |
| 浮石 | 富气体的富硅岩浆膨胀成泡沫状玻璃。 | 浅色、轻质、高多孔材料，可能漂浮直到水进入孔隙。 | 流纹质至英安质浮石。 |
| 黑曜石 | 富硅熔岩冷却迅速，保留玻璃而非晶体。 | 玻璃光泽、贝壳状断口、锋利边缘、流纹带或部分样品中的球状晶体。 | 流纹岩火山玻璃。 |
| Pāhoehoe熔岩 | 流动的玄武岩形成柔韧的冷却皮肤，随着熔岩在下方继续流动而折叠。 | 绳状、光滑、折叠或鼓起的表面。 | 玄武岩流壳。 |
| ʻAʻā熔岩 | 更破碎的熔岩流断裂成棱角分明的矿渣，因熔岩流动被撕裂。 | 锯齿状、粗糙、块状表面带锋利碎片。 | 玄武岩流和渣岩。 |
| 枕状熔岩 | 熔岩在水下喷发，迅速冷却成带有玻璃质冷却边缘的圆形团块。 | 球状、堆叠、枕状形态，常带放射状裂纹或冷却边缘。 | 海底玄武岩。 |
| 熔岩弹 | 熔融或塑性碎片在飞行中被喷出并成形。 | 空气动力学、扭曲、纺锤形、带状或面包壳状形态。 | 玄武质至安山质喷出物。 |
| 杏仁状熔岩 | 气孔后来被次生矿物填充。 | 宿主岩中圆形的玉髓、玛瑙、方解石、沸石或其他矿物填充物。 | 玄武岩和安山岩经后期流体蚀变。 |
识别与相似物
正确识别熔岩需要结合纹理、密度、磁性、断口和环境。仅凭颜色不可靠：黑色工业玻璃、炉渣、煤渣、染色多孔珠子和人造景观材料乍看都可能像火山岩。
简单观察
- 寻找气孔：气泡可能是圆形、拉长、开放或矿物填充的。
- 检查重量：浮石感觉异常轻，渣岩比致密玄武岩轻，致密玄武岩感觉坚实。
- 使用小磁铁：玄武岩可能因磁铁矿或钛铁矿而有微弱反应。
- 观察断口：黑曜石具有锋利的贝壳状玻璃断口；玄武岩断裂更颗粒状。
- 弱酸不应在火山宿主岩上起泡，尽管碳酸盐填充物可能会反应。
工业矿渣
矿渣可能是多孔且呈暗色，但它通常显示出不自然的玻璃色彩、金属夹杂物、铁迹、非常棱角分明的人造表面，或与铸造厂、旧铁轨床、火坑或工业废料相关的环境，而非火山地带。
黑曜石和人造玻璃
两者均为玻璃质且呈贝壳状断口。天然黑曜石常显示流纹带、矿物包裹体、球晶或合理的火山背景；人造玻璃可能有模具痕迹、不同特征的气泡或非地质色彩一致性。
玄武岩和安山岩
玄武岩通常颜色较深，富含橄榄石、辉石和铁钛氧化物。安山岩通常呈灰色至棕色，可能显示更多可见的长石或角闪石斑晶。精确分类需实验室方法。
显微镜线索
薄片可能显示具有孪晶的斜长石片条、高反差的辉石、橄榄石斑晶、铁钛氧化物、玻璃基质和微晶。黑曜石主要是各向同性玻璃，而雪花黑曜石含有在脱晶化过程中形成的放射状球晶。
护理、处理和存储
火山岩从坚硬致密的玄武岩到脆弱的浮石和锋利的火山玻璃不等。最安全的护理方法很简单：轻柔去尘，避免不必要的油脂或化学品，支撑多孔岩石底部。
清洁
使用软刷、气吹球或干微纤维布。稳定的玄武岩、浮渣或浮石可用轻柔冲洗，但应彻底干燥，防止水分滞留气孔。油脂和浓重肥皂会使多孔表面变暗并吸附灰尘。
锋利的玻璃
黑曜石碎片和天然火山玻璃纤维可能割伤皮肤。握持粗糙黑曜石时应抓宽面，存放时包裹锋利部分，避免脆弱玻璃纤维接触眼睛、宠物和织物。
多孔材料
浮石和浮渣可能会脱落砂粒或在薄气泡壁处碎裂。不要紧夹多孔边缘。存放时应有缓冲，避免振动磨损气泡壁。
热量和湿气
避免使用烤箱、沸水、明火和快速温度变化。火山玻璃可能因热冲击而开裂，多孔岩石加热时内部水分膨胀。
观察和拍摄熔岩
观察熔岩的最佳方法是使用与纹理相匹配的光线。致密的玄武岩适合柔和的侧光。浮渣和浮石需要斜射光，在气孔中投射细小阴影。黑曜石通常需要一个宽广的反射来显示流纹带，第二个较柔和的光线则防止玻璃变成无特征的黑色。
使用斜射光观察孔隙
较低的侧角使气泡壁、粗糙的浮渣表面、ʻaʻā熔渣和杏仁状结构更易观察。
控制玻璃上的反射
黑曜石最好通过宽广、干净的反射来展示，这样可以显现光泽而不会过度曝光表面。
展示比例和密度线索
将整体视图与气泡、断口和矿物填充的特写视图配对。对于轻石，适当时可以通过精心布置的漂浮测试来展示其低表观密度。
保持颜色调整克制
玄武岩、浮石、轻石和黑曜石容易因过度对比或饱和而被误解。中性色背景使纹理更易辨认。
常见问题解答
熔岩岩石是单一矿物吗？
不是。熔岩岩石是一种火山岩，意味着它是矿物、玻璃、孔隙和有时次生填充物的混合物。这就是为什么它的硬度、密度、光泽和磁性反应因块而异。
为什么有些熔岩会浮起来？
高度多孔的轻石含有许多封闭气泡，其整体密度可能低于水。随着时间推移，水可能进入孔隙，同一块石头最终可能会下沉。
黑曜石和普通熔岩岩石一样吗？
黑曜石是一种火山玻璃，通常由富含二氧化硅的熔岩快速冷却形成，晶体无法生长。它属于火山岩家族，但在光学和物理性质上更像天然玻璃，而非结晶玄武岩。
熔岩在紫外光下会发荧光吗？
火山宿主岩通常是惰性的。偶尔的荧光可能来自气孔或涂层中的后期矿物，如方解石或某些沸石，而非熔岩本身。
熔岩岩石可以用于水族箱或爬虫箱吗？
致密的玄武岩和许多多孔熔岩岩石经过彻底冲洗和刷洗后，常用于某些水族景观和爬虫箱。应避免在动物可能被割伤的地方使用锋利的黑曜石，并且敏感的栖息地应测试水质和物理安全性。
如何区分矿渣和多孔熔岩？
矿渣通常显示工业背景、不自然的玻璃颜色、金属夹杂物、异常沉重的区域或人工流动表面。天然熔岩则更依赖火山环境、矿物质结构、氧化壳和地质关联来支持其真实性。
熔岩的本质特征
熔岩是地表形成的岩石运动后固定下来的产物。它的物理和光学范围异常广泛：玄武岩可以致密且呈暗色，浮石可以呈红棕色且多孔，轻石可以苍白且浮力强，黑曜石则是具有镜面光亮断口的黑色火山玻璃。其统一的故事是地球表面快速冷却，气体、玻璃、晶体、氧化和水都在成品石中留下了可见的痕迹。