沈夢溪

前段時間，英國網(wǎng)站LADbible報道了一個很有趣的小新聞，說是美國的一個地質(zhì)學(xué)家邁克·鮑爾斯發(fā)現(xiàn)了一塊好看的巖石，它被切開以后，發(fā)現(xiàn)其切面形態(tài)與美國兒童節(jié)目《芝麻街》中的餅干怪獸極為相似。這個“石頭”餅干怪獸其實是一種比較特殊的瑪瑙，因此它的形成過程與常見的瑪瑙、玉髓一樣，簡單來講，它們都是由于富含硅元素的地下熱水沉淀下來所形成的。

形似餅干怪獸的巖石切片，其實是一種瑪瑙

高溫?zé)嵋?/h3>

瑪瑙絕大多數(shù)形成于火山活動比較活躍的地方。在這里，地下巖漿可能還沒有完全冷卻凝固，或者是地下巖漿距地表的距離比較淺，這些巖漿會不斷加熱其上方的巖石，這樣就會導(dǎo)致這里地下巖層中的溫度比其他地方要稍高一些。一方面從巖漿中可能會不斷析出一些高溫的水溶液，另一方面地下高溫的巖石也會不斷加熱地下水，這兩個因素的作用讓這里富含高溫地下熱水。如果這些熱水能夠噴出地表，就容易形成溫泉。

此外，直接來自地下巖漿析出的高溫水溶液是一種富含礦物質(zhì)的水溶液;而被加熱的地下水則很容易溶解巖石中的礦物質(zhì)。這使得這些地下熱水其實是富含礦物質(zhì)的熱水——地質(zhì)學(xué)中稱之為高溫?zé)嵋骸?p>

溫泉的形成過程

在巖漿中，含量最多的礦物質(zhì)元素其實是硅。目前地球上噴發(fā)的火山中，其巖漿中都含有豐富的二氧化硅，根據(jù)巖漿具體成分不同，二氧化硅的含量在45%～65%，甚至更高。在有了硅質(zhì)熱液之后，就只需要兩個元素就能形成瑪瑙了：巖石空洞和時間。

巖石空洞和時間

在火山活躍的地方，經(jīng)常會有火山噴發(fā)，這些火山間歇性噴發(fā)，形成厚厚的玄武巖巖層覆蓋在地表。其中一部分直接形成于地表的玄武巖，有一個很重要的特性：有大量空洞。

巖漿在從火山口噴出以后，由于壓力驟減，所以原本巖漿中的許多氣體都會往外跑，這些往外跑的氣體就在巖漿內(nèi)部形成了一個個氣泡，這有點像巖漿版的汽水。

但是巖漿在遇到空氣后，會以很快的速度冷卻下來，所以有些氣泡還沒來得及跑掉就被冷卻的巖漿固定在了巖石中，這就造成了我們看到的玄武巖到處都是空洞，而且特別輕的特點。

當(dāng)玄武巖形成后，富含硅質(zhì)的地下熱液很快填滿玄武巖的空洞，這時候，瑪瑙的形成就開始了。由于玄武巖空洞多為圓形或橢圓形，因此許多瑪瑙也都是圓形或橢圓形。

瑪瑙的五彩顏色都來自各種呈色元素

玄武巖空洞中的硅質(zhì)熱液形成瑪瑙是一個非常長的過程，可能需要幾十上百萬年的時間。在這個過程中，因為溫度高的原因，所以硅質(zhì)熱液最初是硅元素過飽和的，很快這些過飽和的硅元素就會集中在洞壁上，開始緩慢結(jié)晶，成為極為細小的石英纖維。

而此時，熱液中的其他化學(xué)元素（比如鐵、鋅、錳、鈷、鎳等多種微量元素）會與石英纖維一起生長，在它們生長的過程中，它們會均勻填充到石英纖維的縫隙間，形成環(huán)帶狀的結(jié)構(gòu)。

同時，來自空洞之外的地下水也不斷緩慢補充到空洞中，但是此時時間可能已經(jīng)過去了很久（數(shù)萬年、數(shù)十萬年或者是上百萬年），所以地下水中的成分也發(fā)生了變化，這些成分中如果有某些能夠呈色的元素的話，那么新補充進來的含礦熱液將會使得瑪瑙的條帶變得色彩繽紛起來。

（本文經(jīng)授權(quán)轉(zhuǎn)載自“把科學(xué)帶回家”公眾號，有刪節(jié)）