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石英的传说

在我们的鹅卵石中,在那些消失的阿瓦隆尼亚大陆的碎片中,我们看到了什么?

首先,我们可以将鹅卵石对着光,用放大镜观察它。最好先用河水或海水把鹅卵石弄湿,这样更容易看到鹅卵石的矿物结构。我们可以重点观察石头上那些颜色较浅、质地略粗糙的条纹,这样或许可以看到一些挤在一起的、每条只有几分之一毫米宽的圆形轮廓。它们就是阿瓦隆尼亚大陆被冲刷下来的泥浆和沙粒。一枚鹅卵石上有成千上万条这样的痕迹。

如果想更细致地观察鹅卵石,我们就需要进入矿物的“小人国”了。你可以先用标准的光学显微镜观察鹅卵石的表面。这有一些帮助,但没有你想象的那么大。无数微小的半透明晶粒挤在一起,反射着鹅卵石外部的光线,这样一来,整体效果就很朦胧,就像你看不清森林中的每一棵树。一个半世纪前,谢菲尔德的科学家亨利·克利夫顿·索比(Henry Clifton Sorby)发明了一种更好的方法。他把石头切成两半,把其中一半切面朝下贴在玻璃载玻片上,再小心地把它磨平,直到几乎磨光为止。当岩石被磨到只有1/1 000英寸 厚时,它变得半透明,显微镜下的晶粒轮廓也就清晰可见了。在当时,这是一项激进的创新,有人还嘲笑索比“竟然想用显微镜研究高山”。不过,索比还是笑到了最后,岩石薄片研究法至今仍是一项极为重要的技术。

鹅卵石薄片可以非常清楚地显示这些微粒的大小和形状。通过光线穿过薄片时与薄片中的原子排列的相互作用,我们还可以知道鹅卵石的矿物构成。地质学家使用的不是生物实验室里那种普通的光学显微镜,而是带有特殊的滤光片、可以使光线偏振(只向一个方向振动)的显微镜。偏振光穿过薄薄的矿物切片后,会呈现出各种颜色和色调的美妙组合。对资深的地质学家来说,不同的组合代表着石头中含有相对应的不同类型的矿物。

在一块偏振滤光片下,大多数矿物颗粒都会呈现出玻璃般的透明状态,但当光线通过两片偏振滤光片(分别位于矿物切片上方和下方)时,不同的矿物颗粒就会呈现出深浅不同的灰色。在其中起作用的就是石英,或叫二氧化硅,通常是大多数天然沙子的主要成分。也许你现在就佩戴着一块精心雕琢过的石英晶体,当你对它施加微弱的电流时,它就会产生振动,每秒振动32 000次。通过微电子电路,这些振动会被转化为准确的时间。是的,这块石英晶体就在你的腕表里。

石英随处可见。你可以在岩浆结晶的岩石(火成岩)中找到它,也可以在地下深处受热受压而完全重组的岩石(变质岩)以及沉积岩中找到它。它从地下深处的岩洞和矿脉中的热水中结晶出来时,会形成可爱的晶体,呈一簇簇六边形的棱柱状,末端尖细优雅,这就是水晶。这些水晶可能是透明的,如果含有少量不同的杂质,就会变成紫色(紫水晶)、玫瑰色、烟熏棕色,或是难倒矿物学新手的各种缤纷颜色。不过,如果把它们切成薄片,这些颜色一般就微不可见了。

不过,除了矿物学家橱柜中那些闪闪发光的水晶,大多数石英,比如从冷却形成花岗岩的富含二氧化硅的岩浆中结晶出来的石英,其颗粒都很不规则。石英其实是一种相当不起眼的矿物。花岗岩中相邻的云母和长石晶体在冷却的岩浆中生成较早,能很好地展现出晶体形状。较晚出现的石英则会贴着这些较早出现的晶体生长,并按照前者的形状塑造自己。当然,石英的内部仍然是晶体,有自己精确的硅-氧原子结构。

石英可能出现得较晚,但在此之后,石英的寿命却远远超过了相邻的矿物。这是因为诞生于更高温度下的其他矿物不太能忍受地表的寒冷和潮湿。到达地表后,这些矿物的微观结构会承受压力,水的参与会加速矿物微观结构的断裂,使其解体。整个解体过程非常复杂,成效显著,令人着迷。不过,这些过程对石英的影响并不大。当岩石的其他部分在石英周围碎裂时,这种耐用的矿物就会以颗粒的形式被释放到土壤、碎石坡或河床中,开始它们漫长的旅程,最终成为一枚枚鹅卵石的组成部分。

石英是一种相对简单的矿物,但每个石英颗粒都有自己的特性,可以带领探究者看到阿瓦隆尼亚大陆的不同侧面。比如,用偏振光观察矿物切片时,不同的石英可能会显示出深浅不一的灰色波浪纹路。这一粒石英原本是一块石英晶体,被卷入不断增长的山脉中,其微观结构因山脉中的巨大压力而扭曲;那一粒石英具有独特的马赛克图案,因为它所在的位置更加靠近山脉的根部,这里的剪切力是如此强烈,以至于晶体断裂成了由一个个较小晶畴组成的马赛克拼贴图案。除此之外,一些石英颗粒含有其他矿物的更细小晶体:比如金红石(二氧化钛)的晶体呈头发丝般的细丝状,有时候细到需要用最高倍数的光学显微镜才能看到;还有一些石英颗粒是由一簇簇更小的颗粒组成的,即它们实际上是更古老的沉积岩的微小碎片,来自某个更遥远年代的火成岩或变质岩,而如今又进入了新一轮循环。

这就像是一间屋子里挤满了探险家,每位探险家都有不同的故事要讲。有些人在热带丛林中探险,有些人在极地荒原中探险,还有些人驾驶着潜水器潜入海底。这些不起眼的石英颗粒也是如此,它们诞生于阿瓦隆尼亚的许多不同地方,经过长途跋涉,聚集在了这枚鹅卵石中。当然,其中还有其他的探险家有更奇特的故事要讲。 u4dTRreNNyXPWsuHyLXFvh7GiG/2N5HA5fpb+dDqoTqLs1HEArLJJNzWHQOlQsLo

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