历史地质学的故事

历史地质学的力量是，它让好奇的人类与惰性岩石互动，并从岩石中讲述故事-地球古代过去的重要故事， 能够解读隐藏在众目睽睽之下的岩石故事，是一种类似于后天获得的超能力。 例如当蜘蛛侠在被放射性蜘蛛咬伤后获得力量时， 也即将被历史地质学错误咬伤。因此学到的东西将改变人们看待世界的方式。

就像我们最喜欢的讲故事者写的最好故事一样，学到的东西会引起共鸣， 进而改变我们。地球上的许多故事帮助我们了解现在， 让我们的生活更有意义，为可以更好理解的未来做好准备，并充满希望和信心地展望未来。

地球已经有 45 亿年的时间积累了从普通到难以想象的暴力经历。 通过各种岩石形成过程， 地球写下了她的自传。 历史地质学是阅读自传的科学。 但为了阅读它，我们首先需要理解记录它的语言。

石头的故事

像这样的石头有什么历史呢？这个东西的存在需要什么？

这块岩石包含我们可以转化为信息的特征。 它的制成材料的种类、这些材料的排列方式、贯穿它们的其他特征以及样本的形状都传达了有关过去过程和环境的信息。 怎样才能制作出像这样的岩石呢？ 为什么它以这种特殊的方式存在？

作为练习解码岩石的练习， 我们翻译一下：光滑的棕褐色材料是石灰石。 它最初形成为碳酸盐泥的无机沉积物，沉积在平静的水中

• ①这一点从其非常细的颗粒尺寸可以看出。它静止不动的时间足够长， 足以粘在一起形成半连贯的质量。但随后它肯定被野蛮地撕碎，
• 形成②泥片碎屑并埋在③石英砂中。 该事件的能量足以撕裂碳酸盐泥并将其撕碎， 并且能量足以输送粗沙粒。这一定是一场风暴， 也许是一场飓风。随着沉积物被掩埋并越来越深地沉入地下， 并被堆积在其顶部的数千英尺沉积物的压垮重量所窒息， 更猛烈风暴的威胁逐渐减弱。
• 碳酸盐泥块和周围的石英砂④石化成岩石： 不再是松散的沉积物， 它通过压实和胶结转变为坚固、连贯的岩石：石英砂岩中的石灰岩碎屑。 当它变成坚固的岩石后，它就破碎了。一些压力， 可能是由于造山过程中的剧烈压缩而产生的， 使岩石的粘合力断裂了。这造成了裂缝， 但这些裂缝很快就被矿物石英的沉淀所愈合，
• 形成⑤细石英脉。这一定是发生在地下深处的事情， 但为了让我们把它捡起来并握住它， 我们知道它之后一定被⑥举起。 它返回地球表面，并且这块特殊的块从其源头露头上脱落下来。
• 最后经历了⑦差别风化， 石灰岩比石英砂岩更容易被侵蚀。这赋予了样品独特的质感。

地层层序

解码编码成单个鹅卵石的少数过去过程是强大的， 但更强大的功能仍然来自于观察露头的沉积岩， 并将一层与其下方和上方的条件进行比较。 历史地质学的通用语言是沉积岩， 大量的史诗故事被铭刻在堆积的地层或岩层中。

如果页岩意味着以前的泥浆， 而泥浆的沉积意味着平静的近海条件， 而砂岩意味着以前的沙子， 而沙子的沉积意味着更有活力的近岸条件，那么这张照片显示了什么？

一系列沉积层可以讲述条件随时间变化的故事。

富含泥质地层和富含砂质地层的沉积序列是某个地点沉积条件随时间变化的记录。 在上图中，来自智利巴塔哥尼亚的垂直层序显示， 随着时间的推移， 该位置沉积的泥土越来越少， 沙子越来越多。 逐层堆叠是时间的记录， 较早的章节位于底部， 较新的章节位于顶部。

所以我们做了一个观察（从泥泞到沙子的转变）， 这个观察引出了一个问题：为什么泥土更少而沙子更多？（换句话说，故事是什么？）

也许它显示了从较深水域到较浅水域条件的转变。 也许它显示了一块大陆的构造漂移， 进入了一个更有活力、风暴主导的地区。 也许它表明了海底扇系统扩展到深海深海平原的进步。 也许它显示了附近山脉的发展， 导致了源头沉积物的脱落。 这些“可能”中的每一个都是一个假设， 是对泥质层之上的沙质层的观察的潜在解释。

历史地质学家的目标是探究这些可能的解释， 并根据当地的其他地质细节来检验这些想法。 例如，暴风雨会撕裂泥屑，沙子里有泥屑吗？ 潜艇迷经常展示分级床。 浅层环境通常以化石动物群的变化为标志。 构造漂移可以通过古地磁倾角的变化来标志。 我们可以收集大量额外数据来匹配不同的潜在解释。 生成并考虑多种工作假设可以让历史地质学家在进入该领域时获得“想象力的工具包”。

以下是来自日本犬山的另一个例子：

这里，地层并不处于原来的水平方向。 它们在这些深海地层向日本大陆的构造增生过程中发生了旋转。 右侧（而不是“向上”）的层变得更年轻。 不要因此而迷失，如果需要， 可以将头向右转。

重要的是要注意，整个露头发生了独特的颜色变化： 各层从黑色变为红色。这是深海氧气含量变化的标志：几乎没有氧气（黑色），氧气充足（红色）。 这很有趣，因为一次大规模灭绝发生在这个序列之前： 二叠纪末大规模灭绝（也称为“大灭绝”）。 这些地层的年代为247～242 Ma，早中三叠世， 显示出大灭绝后的恢复特征。

诸如此类地层序列的证据表明， 海洋缺氧（低氧水平）与动物的大规模死亡有关， 无论是原因还是结果。地球上的大多数生物都死亡了：95% 的物种。 这是我们星球上生命发生过的最糟糕的事情， 这一系列由深黑色层过渡到红色层的序列试图告诉我们为什么会发生这种情况。 没有一个层可以讲述整个故事， 我们必须随着时间的推移观察层的连续性。

化石词汇

在这些地层中，我们发现了各种线索。 这些信息之一就是化石。 地球是一颗在其 4.5 亿年的大部分时间里都孕育着生命的行星， 尤其是在过去 5.5 亿年里， 地层中包含了大量的动物骨骼和植物组织， 可以作为它们沉积时间的线索。 例如刚刚研究了日本燧石， 可根据它们所含的放射虫化石知道它们的年龄。

同样，在历史地质学中， 化石是丰富的词汇，可以不可磨灭地标记其地层的形成时间。 有些沉积物说的是带有厚头龙方言或三叶虫语调的岩石语系。 其他人则用鱼龙语或腕足动物布洛克语进行交流。 与语言一样，这些独特的化石“单词”象征着特定的时间或特定的地点， 或两者兼而有之。

砂岩和页岩是岩石语言中经久不衰的元素， 而化石则是随时间和空间而变化的俚语。 化石以其独特的词汇标记着时间和构造的流逝。

三叶虫化石。

就像中世纪骑士身上的数字手表一样， 在白垩纪地层中发现奥陶纪化石是不合时宜的。 莎士比亚笔下的人物从未说过“groovy”或“coronavirus”。 现在在宠物店买不到奇虾了。 某些化石对于确定其宿主地层的年龄和形成地点最有用的化石， 具有足够的独特性， 我们可以依靠它们作为其所在沉积地层起源的信号， 特定时间或地点的标记。

永远不会拥有宠物奇虾。

岩浆、变质作用和山脉

传统上，历史地质学将注意力集中在沉积岩上， 沉积岩是分层形成的， 并含有独特的化石。 但这只是地球能够说的一种方言。 当她写火成岩和变质故事时， 或者通过后来的造山情节变形她早期的作品时， 她同样雄辩。

例如，下面的露头显示了一种非常引人注目的模式。 单击它并旋转它以查看其独特的形状。

火成岩是岩石的一种方言，结构优雅，语调火热。

上面的 3D 模型中观察到的图案是在冷却熔岩流中形成的特别规则的裂缝系统。 富含铁的熔岩于 5000 万年前在北爱尔兰喷发， 凝结并冷却， 同时收缩。（冷岩石比热岩石占用的空间更少。）收缩在熔岩流表面引起拉应力。 这些应力大于刚凝固的岩石的强度， 因此岩石破裂了。裂缝在水流表面以“蜂窝”状图案彼此相遇， 向下传播到水流内部， 将温暖的年轻岩石分成一系列寒冷的多边形柱。

当地人对这种图案的精确规律印象深刻， 他们相信它一定是由有意识的头脑构建的。 他们编造了一个传说来解释这件事， 一个名叫芬·麦克库尔（Fionn mac Cumhaill）的暴躁巨人， 试图与一个名叫贝南多纳的苏格兰巨人打架。 贝南多纳如此大胆地声称爱尔兰是他自己的， 芬恩不会容忍的！芬恩开始向他的对手扔石头， 并意识到他可以建造一条堤道来连接两块大陆。

他前往苏格兰（具体来说是斯塔法岛）对抗篡位者， 但被贝南多纳的体型吓到了， 于是穿过堤道冲回爱尔兰。 苏格兰人追赶， 但由于芬恩的妻子萨德布（Sadhbh）的一些巧妙的诡计， 被诱使仓促撤退（发音为“Siive”）。

她把芬恩打扮成婴儿的样子， 并告诉贝南多纳，实际上只是芬恩的孩子， 芬恩大爸爸很快就会回家！ 贝南多纳仓促撤退， 在逃跑时将堤道撞成了碎片。 因此，该地点被称为巨人堤道。

当然，地质学家对巨人堤道有不同的解释。 因为他们说的是“岩石”而不是“巨人”， 所以他们指出，从地貌规模来看， 这股熔岩流是 60 至 5000 万年前在广阔地区喷发的众多熔岩流之一， 当它们流动和汇集时， 窒息了当地的景观。 火山活动不仅限于爱尔兰和苏格兰。

它还在法罗群岛、挪威和格陵兰岛生产玄武岩。 所有这些地点统称为北大西洋火成岩省(NAIP)。大约 6000 万年前， 古近纪时代的熔岩流将它们全部连接在同一地点， 在不同的大陆彼此分离（大西洋在其间开放）之前， 给它们打上了共同的印记。

这次喷发的原因可能是冰岛热点， 该热点今天在大西洋中脊继续喷发类似的熔岩。 NAIP 现在广泛分布的玄武岩有助于将古近纪期间经历不同构造的大陆块连接在一起， 并从那时起一直在分离。

此外，NAIP 喷发的时间与全球极端变暖时期即古新世-始新世最热期 (PETM) 重叠， 一些科学家认为熔岩中的CO 2排放可能是导致全球变暖最严重时期的原因。 与二叠纪末期的灭绝一样， 这可能非常重要：对于生活在全球变暖时代的岩石流人类来说， 这是一个紧迫的问题。

底线：在解释地球历史方面， 火成岩与沉积岩一样重要。 在变质方面， 考虑一下这个蓝片岩：

蓝片岩是一种变质岩， 呈蓝色、片状。但像所有变质岩一样， 它并不是这样开始的。 这种蓝片岩最初是玄武岩， 与我们刚刚在巨人堤道看到的镁铁质火山岩相同！ 事实上，它看起来不再像以前那样， 这证明了它经历了一段深刻的旅程， 从地球表面深入到其内部， 深入地幔 40 甚至 50 公里。

那里的温度更高，但更重要的是， 压力高得离谱。构成玄武岩的矿物质无法承受： 它们发生反应并分解， 它们的原子重新组合形成新的矿物质， 新矿物在破碎压力下化学性质稳定。

因此，这种独特的矿物质混合物是一段旅程的证据。 就像宇航员从月球回来一样， 蓝片岩也是从我们谁也无法到达的地方回来的。 多年来，地球也拾起了她的伤疤。在大多数情况下， 这些“疤痕”是构造结构 ， 如褶皱、断层和剪切带。 考虑这张阿根廷南部安第斯山脉的照片：

阿根廷南部的褶皱浊积岩地层。

岩层以非常接近水平的层状分布， 可能陡达 30°（休止角）。 但当在巴塔哥尼亚山坡上看到它们时， 其中一些层是颠倒的， 就会知道它们在最初沉积后的某个时候一定已经被严重扭曲了。 毕竟，如果岩石层没有形成，就无法使其变形。

在这种情况下，故事不仅可以从沉积层的序列中提取， 还可以从它们的扭曲、方向、高度和形状中提取。 结构是摇滚白话中最热情的风格。 如果我们忽视山腰的结构， 可能会错过这些岩层所讲述的最戏剧性的故事。

地球的故事就是你的故事

为什么要关心这些呢？ 因为我们是一个地球人， 出生在这个星球上， 一生都将在它的表面度过。 构成身体的原子是在这个星球上存在了超过四十亿年的原子， 在成为你的一部分之前不断地改变用途， 并注定在你死后继续永恒地循环利用。

构成你的眼球、神经元和指尖的碳来自你吃的食物， 捕获碳的植物从大气中吸收碳， 它可能来自火山排放， 或者来自海洋的排出物。 恐龙的腐烂，或古代煤炭的燃烧。 实际上是由地球碎片组成的。 当吃东西、呼吸或撒尿时， 就在与地球联系， 就像一个孩子在土壤中探寻一样。

很幸运生活在一个非常有趣的星球上。 地球足够大，足以产生分化。 这使得金属核心得以发展， 其循环为磁场提供动力， 保护我们的大气免受太阳风的侵蚀。 分异还提供了地幔对流， 这是驱动板块构造的动力源。 火山喷发和彗星的引力获取都会产生水， 而这种水对于生命至关重要。 每一种生物和微生物都需要液态水， 45 亿年来， 我们星球的表面一直将太阳能加热和温室气体隔热相结合， 以保持水的流动。多么幸运啊！ 我们所做的每一步，每一次呼吸， 都依赖于地质学。

这种令人着迷的局面是如何发生的呢？ 驾车穿越山脉或精美台面上的图案就会成为有趣的故事， 甚至可能带来令人震惊的启示。 如果说摇滚语言， 就可以回答有关你存在的环境的问题。

为了我们人类的未来， 更个人地说， 为了在附近最迷人的星球上有宾至如归的感觉， 了解历史地质学是一项至关重要的工作。