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6.生物成巖6.1生物化學沉積岩

到目前為止,我們已經介紹了從現有岩石的固體顆粒中如何形成新的沉積岩。然而,風化不只是產生固體顆粒。它還會產生離子,這些離子會溶解在水中。有些生物能夠從水中提取溶解的離子來製造貝殼。當這些生物死亡時,它們外殼中的礦物質殘留。當巖化作用後,這些物質的堆積就變成了生物化學沉積岩,地質學家將其分為幾種不同型別:

6.1.1生物化學石灰岩

一個浮潛者在珊瑚礁上方滑翔,看到了一個令人難以置信的多樣的珊瑚和藻類群落周圍生活著蛤、牡蠣和蝸牛等生物,上面漂浮著浮游生物。這些生物有一個共同的重要特徵:它們由碳酸鈣(CaCO3)構成的外殼(方解石或霰石)。當這些生物死亡時,它們的外殼會保留下來,形成石灰岩。因為石灰石的主要成分是CaCO3,地質學家認為石灰岩是一種碳酸鹽巖。

珊瑚和其他生活在這片珊瑚礁上的生物用碳酸鈣製造它們的外殼

有些石灰石是由成群的可以分泌貝殼的生物體形成的,有些是由粗糙的貝殼碎片形成的,有些是由非常細小的貝殼碎片形成的,還有一些是由浮游生物的貝殼沉澱在水裡形成的。不同型別的碳酸鹽沉積物產生不同型別的石灰岩,如含化石的石灰岩,含有大量可見的化石貝殼或貝殼碎片;泥晶灰巖,由非常細的碳酸鹽泥組成;白堊巖,由方解石組成的浮游生物殼。專家們對這些岩石採用了另一種更復雜的分類方案。

距今415Ma年前,破碎的貝殼膠結在一起,形成了含化石的石灰岩

在露頭處,石灰岩通常看起來像一塊巨大的淺灰色到深藍灰色的岩石,碎裂成塊狀,而不是一堆貝殼碎片。這是因為在地下岩石的質地會隨著時間的推移改變。例如,透過岩石的水溶解了一些顆粒,導致新的顆粒生長,並沉澱膠結物。

古老的石灰岩往往出現在灰色、塊狀的岩層中

6.1.2生物成因燧石

沿著加利福尼亞海岸,就在舊金山的西北方向,道路的切割暴露出一個紅色的,幾乎是瓷器一樣的岩層,岩層厚3- 15釐米。用錘子敲擊它,岩石就會破裂,形成光滑的貝殼狀(貝殼狀)裂縫。地質學家稱這種岩石為生物化學燧石——它是由石英顆粒組成的,這些石英顆粒太小了,在極端放大的情況下是看不見的。沿海的燧石是由海底聚集的分泌矽的浮游生物外殼形成的。

這種層狀燧石是由分泌矽的浮游生物的外殼構成的深海沉積物

6.2有機沉積岩

我們已經看到貝殼是如何變成生化沉積岩的。纖維素、脂肪、碳水化合物、蛋白質或其他有機化合物變成了什麼?通常,有機碎片要麼被其他生物體吃掉,要麼在地球表面分解。但在某些環境中,有機碎片與其他沉積物一起堆積,並在完全分解前被埋藏。

當巖化作用後,這些富含有機質的沉積物就變成有機沉積岩。例如煤,一種主要由木本植物遺骸中的碳組成的黑色岩石,以及油頁岩,一種深灰色到黑色的岩石,由壓實的粘土與浮游生物和藻類的有機遺骸混合而成。

煤是分層沉積的,就像其他種類的沉積岩一樣

7溶液中的固體:化學沉積岩

在溫泉噴口周圍生長的五顏六色的梯田,地中海海底下的鹽層,古代箭頭光滑尖銳的尖端等所有這些材料都有一個共同點。它們是由礦物從水溶液中直接沉澱而成的岩石。我們稱這種岩石為化學沉積岩。地質學家根據化學沉積岩的組成來區分它們的型別。

7.1蒸發巖(鹽沉積)

1965年, Craig Breedlove成為第一個以966公里/小時的速度在陸地上駕駛汽車的人。這樣的高速試驗必須在非常長的平坦的表面上進行。提供這種條件的地方並不多,但猶他州的博納維爾鹽灘卻有。它們是由一個古老的鹽湖蒸發而形成的:在太陽的高溫下,水分子蒸發到大氣中,但是已經溶解在水中的鹽卻留在了那裡。

當海水變得過飽和時就會發生鹽沉澱,離子結合在一起形成固體顆粒,這些顆粒要麼從水中沉降,要麼生長在水體的底部。這一過程發生在沙漠湖泊和限制海(restricted sea)的邊緣,在這些地區,水分蒸發的速度快於新水進入的速度。由於包括岩鹽和石膏在內的鹽沉積是蒸發的結果,地質學家稱它們為蒸發巖。

當鹽水蒸發時,各種礦物鹽,包括岩鹽和石膏沉澱

7.2鈣華(化學石灰岩TRAVERTINE)

鈣華由滲入地下的水沉澱形成的結晶方解石組成。例如,從溫泉中冒出的地下水會導致鈣華沉澱,因為當水脫氣(失去一些溶解的二氧化碳)、蒸發並冷卻時,它就會變得過飽和。溫泉產生的鈣華形成梯田和土丘。在水從洞壁或洞頂滲出的地方也會形成鈣華,產生洞穴堆積物。在某些環境中,微生物有助於沉澱過程。

鈣華積聚在黃石國家公園的梯田;富含鈣質的水從猶他州Timpanogos洞穴的天花板滴落下來,形成鈣華洞穴

7.3白雲岩

白雲石是一種碳酸鹽礦物,含有鎂和鈣,化學式為CaMg(CO3)2。含有大比例白雲石的岩石為白雲岩。白雲岩是石灰岩與含鎂地下水發生反應而形成的。這種變化可能發生在石灰岩形成後不久,或者在石灰岩被深埋後很長一段時間之後。(許多地質學家喜歡用白雲石這個詞來指代岩石和礦物。

7.4替換燧石(REPLACEMENT CHERT)

像黑曜石一樣,燧石可以被工匠用來製作鋒利的工具,因為它經常會斷裂。正如我們所見,一些燧石形成於分泌矽的浮游生物的外殼。燧石也可以由從地下水沉澱矽,取代其他固體岩石中礦物的形式形成。

一些替代燧石在石灰岩中生長成一層的結節(塊狀的斑點);一些生長在富含矽的火山灰埋藏的原木中,生成矽化木;還有一些生長在開闊的空間,形成彩色瑪瑙。地質學家把這種岩石稱為替代燧石。替代燧石有多種顏色——黑色、紅色、棕色和綠色,這取決於它所含的化學雜質。

在灰色石灰岩中替代燧石形成一層黑色結節;矽化木;薄片瑪瑙

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