矿床形成中的众生相

如果把地球比作一个鸡蛋，地球的地壳、地幔和地核分别相当于鸡蛋的蛋壳、蛋清和蛋黄。地壳的厚度并不均匀，大陆下的地壳平均厚度约35公里，我国青藏高原的地壳厚度达65公里以上，海洋下的地壳厚度仅约5～10公里，整个地壳的平均厚度约17公里。而人类迄今为止最深的钻孔是是苏联于1970年在临近挪威国界的科拉半岛进行的科拉超深钻孔，其中最深的一个钻孔约12.2公里，至今保持世界最深钻井纪录，这与地球平均半径6371公里相比，仅是薄薄的一层。也就是说，对于地球这个巨大的“鸡蛋”，人类对它实实在在的了解仅限于一层薄薄的蛋壳。迄今为止，人类对地球内部有较精确认识的，仅限于地面以下30千米-40千米处的地表。目前，人类了解地球深部主要是借助地震波、电磁波场、地磁场等进行间接的研究。

人与自然和谐共生的基础应是更多地了解我们的地球母亲。地质学不应是远离人们生活的地质历史时期的抽象存在，而应是鲜活的、具体的。每一个地质学分支学科都有自己的研究领域，然而，这些领域对于大家来说则充满了艰涩的术语，本文旨在通过连载短篇小说的形式，用浅显易懂的语言来讲述我国东北一个铅锌矿的形成过程，行文力求简明、生动，使它成为每一个人都可以拿来读的科普读物。

一、地球深处的大熔炉

呼伦贝尔大草原的绿色一望无际，一直绵延到天边和云彩相接的地方，草原公路两旁，星星点点的牛羊如珍珠一般点缀在这广袤无垠的绿色的地毯上。

 而我们要讲的故事发生在这片现在是大草原的土地上，发生在很久很久以前，有多久呢？大约是晚侏罗世1.5亿至1.4亿年前，至于我们是怎么知道的，随后我将一一讲给你们……哦对了，忘了告诉你，地质历史是以百万年为单位，人类存在的时期的对于地质历史，不过是白驹过隙的一瞬间。那个时候，气候温暖，植被茂盛，恐龙在地球上大行其道。

    在这一时期古太平洋板块向亚欧板块的俯冲的方向突然变化，由向西变为向西北俯冲，这一突如其来的变化带来了巨大的扰动，破坏了原有的平衡。在岩石圈之下的上地幔，上千摄氏度的高温、巨大的压力、无边的黑暗，在地下深处几十至上百公里的软流圈，粘稠、滚烫、炽热的岩浆仿佛要把所有的一切重新浇铸，各种元素混杂在一起，一片混沌，大家挤在一起，吵吵嚷嚷。

 当时他们认为自己主宰了自己的命运，有的选择离开岩浆留在这黑暗的地幔，有的选择跟随大军在这拥挤的人群中继续向前，然而一个独立的个体在历史的洪流中往往只是大海中的一滴水。岩浆中橄榄石、辉石、角闪石、黑云母、石英等等矿物按顺序从岩浆中分离结晶，这一规律在一百四十多百万年之后被人类发现，总结为“鲍文反应序列”，当然这是后话了。

 岩浆在巨大压力作用下向地表上侵，对于这段旅程，质疑的声音从未断过，每过一段时间，就有同伴的离开和周围新成员的加入，他们浩浩荡荡，沿着地球的断裂等等薄弱地带开辟自己的道路，从上地幔到地壳，向着自己心中的新生活奔去了。未来什么在等待着他们？现在还都是一个未知数。

二、逐渐冷却下的众生相

炽热的岩浆里，充满着对同伴逐渐离去的不安气氛，以及对未来不确定的焦虑。

“我们这是要到哪里去啊？”

“别挤了，别挤了，好热，好闷，我快要受不了了……”

“谁知道呢，听天由命吧……”

 随着岩浆在巨大压力的作用下向近地面的方向上升，在这个漫长的演化历史中，一些元素难以忍受这高温高压的恶劣的环境，逐渐开始结合在一起形成独立的矿物。铁和镁元素积极主动地想要脱离现在的环境，他们和少量的硅和氧一起形成橄榄石、辉石等等镁和铁含量较高的矿物，留在了地下深处，"我真的不想跟着他们进行这个艰苦而又无意义的旅程了"，他们说。而剩下的硅和铝，还有少量的镁和铁继续忍受着，闷头前行。

岩浆在行进的过程中缓慢向地表上升，伴随着温度开始慢慢下降。越来越多的矿物从岩浆中离开，当然也有地壳物质的加入。大家对这趟旅程显然已经适应了，已经丧失了新鲜感，对未来的期盼明显也不抱什么希望了。最后结晶出的是长石和石英，这时镁和铁已经几乎都离开了大部队，只有零零散散的几个和硅、氧结合成黑云母。

再看这时候的岩浆，由于镁铁的离开和地壳中硅、铝的加入，已经经历了大换血，颜色也有所不同了，已经明显地由深色变成了浅色。

“最后只剩我们了，我们已经跟随岩浆上升了这么多，应该也离地表不远了吧。”长石好像在和石英说着话，又好像在自言自语着。

三、是谁带来远古的呼唤

 岩浆中的环境非常不稳定，温度在逐渐下降，压力也在慢慢降低，不知不觉从上地幔也已经上升到了地壳。然而，在这趟旅程中，大家就像处于茫茫暗夜之中，不知道是处于午夜时分还是黎明前的黑暗。在这种情况下，大多数人思想都处于激烈的变化之中，有的一开始信心百倍，到后来自觉看不到希望，开始抱怨连连，有的随大流得过且过，到后来又被这恶劣的环境激发出一种要脱离这里的斗志来。

 然而，任何时候都有一些特立独行的人，他们遗世独立于这世界之外。锆石，便是这种多矿物中的一种。它看起来高傲，然而无论环境恶劣、人心易变，它却不为所动，始终坚持着最初最真的自我，经历时间的考验历久弥新。然而，这些往往在很久很久后，才能被人们所认可，像梵高的画作和爱因斯坦的相对论，当时只被大多数人贴上我行我素、特立独行而又倔强的标签。他们都没有想到，在一百多万年之后，人类创造出辉煌灿烂的文明，而在地学研究之中，在岩浆岩中千千万万的矿物里，锆石成为了那个被选中的人，让人类听到这来自远古的地球深处的神秘呼唤，留下一丝微弱的回声，建立起这超越了人类形成和物种演化的和地质历史时期的联系。

“我们是如何知道这期岩浆活动的年龄呢？”D大学一个研究室中，一名学生问道。

 “我们通过锆石的年龄来得到这一期岩浆活动的年龄，因为锆石封闭性好，非常稳定，而且里面含有放射性元素，是测定岩浆岩年龄的最佳选择。”老师说道。

“那它是通过什么方法来得到这一年龄的呢？”学生似懂非懂，继续追问道。

“在封闭体系中，岩石、矿物就像一座天然的时钟，按照放射性衰变的定律，母体衰减，子体积累，不断地记录下时间参数，这就是同位素地质年龄测定的基本原理。锆石中含有长周期的放射性元素铀和钍，对铀-钍-铅系统的封闭温度在900 ℃以上。另外，锆石以其在自然界中存在的普遍性、化学成分的多样性以及经受各种物理化学作用而基本不变的耐久性等特点而成为最适合进行铀-铅同位素定年的矿物之一。”老师继续充满耐心地解释，学生听后，若有所思地点了点头。

在如今地学科研中，锆石测年的位置极其重要，它精确厘定了许多重要岩浆活动的年龄，为解释很多重要地质事件提供了重要证据。只是在岩浆喷涌的当时，在纷纷扰扰的尘世之中，留存有一颗赤子之心，是多么的不易呀！

上图为一花岗闪长岩样品中锆石年龄的测定结果（Ma为年龄单位百万年）

四、来不及说我爱你

在这个漫长的以百万年为单位计算的旅程中，许多矿物建立了深厚的感情，他们相亲相爱，有的组建了家庭。他们扎根在这炎热、黑暗的地下岩浆之中，在他们看来这酷热的环境仿佛看不到尽头。

然而，环境的变化总是把过着平凡日子的人打个措手不及。地下岩浆中的成员们还不知道，他们前面的先驱，已经从地表的火山口喷涌而出，这个过程是快速的，他们来不及结晶，在地表的快速冷却下固结了，形成矿物颗粒极其细小，小到我们肉眼看不见的喷出岩。火山喷发形成的各种碎屑也逐渐沉积，在漫长的过程中或被搬运、或留在原地沉积，形成了火山碎屑岩。

而未喷出地表的矿物们还不知道外面的世界发生着什么。在这日复一日的漫长岁月里，他们平凡着。

“我们出去玩一玩吧，到其他地方去看一看。”

“反正呆着也是无聊，我们办个派对吧。”时不时地有人提议着。但是他们的声音往往淹没在这日复一日的重复和平凡里，大家总觉得日子还长着呢，忙于每日生活的琐碎，也并没有拿出什么真正的激情来。

有一天，这种平静突然被打破。当这个时代发生剧变的时候，是如此迅速和决绝，有时连一声说再见的机会也不留下。

“前面的人好像突然上升地很快，来不及说清楚就被卷走了！”突然有人惊恐地说。

大家立刻惊慌起来，不知道该如何是好。

话音未落，他们忽然被一种巨大的力量裹挟着快速向上升。有的矿物在深部已经结晶地比较大了，而有的还十分细小。这些十分细小的矿物在快速上升的过程中来不及结晶，就固结冷却了。虽然平时他们唠唠叨叨，虽然也有吵闹，虽然平时过分的关心可能得到的是不耐烦的回应，但在这无常的世间，现在他们心中只有无奈和不舍。原来，能和家人在一起就是最大的幸福。没有说出口的爱被淹没在日日的平凡、琐碎和重复里，这爱在心口难开将成为他们心底最大的遗憾。

然而，不管如何遗憾，大多数矿物还没来得及和家人说一声我爱你，就停留在了这个距离地表只有几公里的地方。

这个巨大的变化，形成了一种叫“斑岩”的岩石。粒径大小不一，大的斑晶是在较深处形成，而小的是在浅部快速侵位固结形成。这就是快速变化的时代留下的烙印。

上图为长石斑岩，斑晶为一心形

五、 脱颖而出

总有一些人能够敏锐地嗅到时代的变化。岩浆在上升过程中，成矿元素已经预感到了变化的发生，他们逐渐从熔体中分离出来，形成了成矿的流体。他们被保存在透明的矿物——石英当中，这些精致的小东西从远古时代被完整的保存下来，见证了成矿流体是如何在这个剧变的时代中脱颖而出，成为对现在的人类有用的矿物。石英——这一最常见的透明矿物，仿佛凝固的时间，表面上云淡风轻，普通而平凡，却可以包容无穷无尽的想象和故事。

通过隐藏其中的信息，我们知道他们可能是因为不同性质流体的分离而成矿，也有可能是温度、压力的突然降低而成矿。总而言之，矿石矿物就在这一阶段产生，完成成矿元素的迁移、沉淀过程，富集成我们所知的矿床，在日后漫长的岁月里沉寂，经过上亿年的沉睡之后被人们所开采和利用，为人类文明的发展贡献着自己的力量。

上图为石英中的流体包裹体，它们保存了流体被封存时珍贵的瞬间。