4.5我們在哪裡找到變質岩?

當你站在一塊露出地面的變質岩石上時，你所站的是那些曾經埋藏在地球表面許多公里以下的物質。這些岩石是如何回到地球表面的？地質學家把深埋的岩石最終回到地表的整個過程稱為剝露。

為了瞭解剝露工作是如何進行的，讓我們來看看將高階變質岩從碰撞山脈下帶回地表的過程。首先，當兩塊大陸相互擠壓時，沿其邊緣的岩石會向上擠壓，就像夾在虎鉗中的麵糰一樣。沿斷層的剪下和岩石內部的塑性變形使岩石向上運動。

其次，隨著山脈的增長，它下面的地殼變暖，變得更軟更弱。最終，山脈在自身重量的作用下開始崩塌，上地殼向側面擴散，這一過程包括斷層和塑性變形。地殼上部的水平拉伸使其在垂直方向上變薄，當地殼上部變薄時，較深的地殼最終更接近地表。

侵蝕發生在地表的侵蝕作用：滑坡、河流、冰川流和風一起像一個巨大的銼刀，帶走了地表的岩石，暴露了曾經在它下面的岩石。

變質岩被剝露的過程

目前變質岩暴露在哪裡？你可以透過徒步進入山脈尋找變質岩露頭。正如我們所見，造山過程產生了變質岩，因此山脈內部高聳的懸崖通常由片岩、片麻岩、石英岩和大理石組成。

如果你走過一塊地盾，你會發現更多的變質岩石，這是一塊廣闊的前寒武紀大陸地殼，其中包括在10億多年前的造山運動中最後變質的岩石。實際上，地盾是大陸古老且相對穩定的部分，在那裡沉積蓋層已從基底剝離。

地盾分佈圖，包括前寒武紀變質岩在內的廣闊的前寒武紀地殼顯露出來

5.岩石迴圈

儘管岩石看起來堅固耐用，但在地球歷史內，它不會永遠存在。由於各種各樣的地質過程，組成一種岩石礦物的原子可能最終會重新排列成其他礦物，或者移動到其他地方。

因此，一種岩石型別的物質最終可能會在相同的，甚至不同的位置出現在另一種岩石型別中。相同的原子可能重新排列或再次移動，形成第三種岩石型別。

在岩石的迴圈過程中，有許多替代的路徑

三類岩石的例子

5.1岩石迴圈的路徑

透過上圖，您可以看到岩石迴圈中的許多路徑。例如，岩漿侵入地殼，形成新的火成岩。火成岩經歷了風化和侵蝕，變成沉積物，最終經歷搬運、沉積、埋藏和巖化作用，產生新的沉積岩。如果沉積岩埋得很深，就會變成變質岩。

在更高的溫度下，岩石可能會部分融化併產生岩漿，岩漿上升並最終凝固形成新的火成岩。

我們剛才描述的路徑(火成岩沉積變質火成岩)並不是貫穿岩石迴圈的唯一路徑。有捷徑可走。例如，變質岩可能上升，被侵蝕形成新的沉積物，然後經過埋藏和巖化形成新的沉積岩。同樣，火成岩也可以直接變質，而沒有先風化成沉積物。

5.2板塊構造背景下的岩石迴圈

板塊構造理論使我們能夠了解岩石迴圈階段發生的環境。我們來看一個例子。

假設在大陸熱點火山下面形成的岩漿到達地表並噴發形成玄武岩。在風、雨和植被的作用下，玄武岩逐漸風化，在物理上分解成更小的碎片，然後在化學作用下形成粘土並隨水流進入大海，海水流速減慢，黏土沉澱下來。

讓我們想象一下，黏土沿著X大陸的海岸堆積，隨著時間的推移，黏土層被埋藏，形成新的沉積岩:頁岩。頁岩位於大陸架下6公里的被動邊緣盆地中，在Y大陸與X大陸碰撞之前，頁岩會存在數百萬年。

Y大陸的邊緣壓過X大陸邊緣的頁岩，頁岩被深埋，受到擠壓剪下作用。隨著山脈的增長，曾經在地表以下6km的頁岩可能會變成25km的深度。隨著埋藏深度的增加，頁岩變質為板岩、千枚巖、片岩。

一旦造山停止，挖掘工作就會使一些片岩回到地面。一些片岩被侵蝕形成沉積物，然後被河流帶到沉積盆地，在那裡經歷沉積和埋藏，最終透過巖化形成新的沉積岩。一些片岩仍然在地表之下。最終，在該區域發生裂谷作用，導致下地幔的減壓融化。

上升的岩漿將熱量帶入地殼。侵入地殼淺層的岩漿使鄰近圍巖中的片岩發生接觸變質作用。在地殼底部附近，來自地幔的岩漿可能會導致片岩的熱傳導融化，這一過程會產生新的長英質岩漿，噴發並冷凝形成流紋岩，形成新的火成岩。

就岩石迴圈而言，我們已經經歷了一個完整的迴圈，因為曾經屬於一種火成岩(玄武岩)的原子現在併入了另一種火成岩(流紋岩)。請注意，儘管岩石迴圈主要是使地殼內的岩石重新迴圈，但當地幔內部熔融產生岩漿上升到地殼時，一些物質可以進入地殼岩石迴圈，而當俯衝將一些物質帶回地幔時，一些物質可以離開岩石迴圈。

並不是所有的原子都以同樣的速度透過岩石迴圈，因此，我們在地球表面發現了許多不同年齡的岩石。有些岩石以一種形式存在不到幾百萬年，而另一些岩石在地球歷史的大部分時間裡都沒有發生變化。

例如，在過去的10億年間，由於北美東部邊緣經歷了盆地形成、造山和裂谷作用的多次作用，Appalachian山脈的岩石多次經歷了岩石迴圈的各個階段。相比之下，在加拿大中部的地盾中發現的距今3Ga火成岩還沒有經過岩石迴圈的第一階段。

岩石迴圈

5.3是什麼能量驅動著岩石迴圈?

岩石迴圈之所以發生，是因為地球是一個動態的、不斷變化的星球，有許多岩石形成的環境。外部能量(太陽輻射)，內部能量(地球的內熱)和引力能都透過保持地幔、地殼、大氣和海洋運動，在推動岩石迴圈中發揮作用。

具體來說，地球的內部熱量和引力場共同作用，推動板塊運動和地幔柱。板塊的相互作用導致了山脈的隆起，這個過程導致了風化、侵蝕和沉積物的產生，以及變質和火成岩活動。

大氣環流由太陽輻射和重力共同驅動，產生雨、雪和風。雨水為溪流提供水源，積雪堆積形成冰川，風和風驅動的波浪，作為侵蝕劑，產生沉積物。在地球系統中，生命也發揮了關鍵作用，促進了風化和礦物沉澱。