火成岩學家的觀點

所謂的火成岩，是由高溫的岩漿（magma）直接冷卻後形成的結晶質或玻璃質岩 ... Albert Streckeisen利用了這樣「礦物肉眼可見」的特徵，以礦物組成來幫 ... Skiptocontent Storyteller/蓋瑞王 Painter/蓋瑞王 若說沉積學家從粉末中看出岩石的故事，那火成岩學家的眼睛可能就更絕了，他們看到的是岩石中的成分，利用成分的變化來述說岩石的歷史。

所謂的火成岩，是由高溫的岩漿（magma）直接冷卻後形成的結晶質或玻璃質岩塊（玻璃質表示物體內部沒有好的建築結構，相當於一盤散沙；相反的，結晶質代表建築結構工整）。

它們可說是所有岩石的起點，能告訴你行星誕生時的資訊。

此外，火成岩是三大岩類中，唯一可跨界到其他陸質行星去的岩石；也就是說，了解地球上火成岩的形成，有助於我們進一步了解其他的行星表面，像是月球、火星、金星等。

根據岩漿冷卻於地表或地底，我們可把火成岩分成火山岩（Volcanicrocks，起源於希臘神話中的火神之名）及深成岩（Plutonicrocks，取自冥界之神普魯托）兩類；當然，科學家也用了另外一種較「寫實」的方式，將火成岩分成噴出岩與侵入岩兩類。

二選一，隨你用哪種名稱分類皆可。

而要進一步去了解火成岩的話，得要做更細的分類，通常使用的準則是利用岩石中的礦物組成，或是化學組成來區分。

以下來一一說明：   來自冥界的深成岩與火神鍛造的火山岩 QAPF圖，以礦物組成為深成岩區分(也有針對火山岩設計的QAPF圖)。

本圖色塊的區分用於野外觀察，實線格子則為美國地質調查所(IUGS)定義之不同類別的深成岩。

深成岩是岩漿未噴發出地表，但隨著時間逝去，在地底慢慢冷卻而形成的岩石。

也因為冷卻時間很長，岩漿中雜亂無章的粒子有時間慢慢建構出自己的小房子、小社區、甚至到一個都市，亦即從岩漿中結晶出的礦物顆粒可以很大（所謂的偉晶岩，其中的礦物結晶可大到１公分，甚至１公尺的，這在地質界中是很不容易的事）。

AlbertStreckeisen利用了這樣「礦物肉眼可見」的特徵，以礦物組成來幫深成岩分類，其結果可用一張QAPF圖表來顯示（見右圖）；而火山岩因為是岩漿噴出地表冷卻形成的物質，其冷卻時間較深成岩來得短，礦物結晶也較小，甚至不容易被觀察，火山岩的分類較適合以化學組成來區分。

不論是火山岩或是深成岩，都能發現它們有深與淺的顏色之分，這通常反映自成分差異：顏色較深的岩石，其中的鐵、鎂等金屬含量較高，矽含量較少；而顏色較淺的岩石，所含的金屬含量較低，但相對的，矽含量也增高了。

我們利用這種元素佔岩石中比例不同的狀況，將火成岩簡單分成鐵鎂質（mafic，或稱基性）及長英質（felsic，或稱酸性，含較多石英、鉀長石等礦物的火成岩）兩大類（當然，隨著比例不同，這之中有很多中間產物）。

有趣的是，你幾乎不可能看到一塊同時含有很多石英，又含有很多鐵鎂質礦物的岩石，因為他們兩家族從古至今彼此交惡，互不往來，在同一地區中，誰占地較大，另一家族的占地就小。

他們家族之間的血淚史，又是另一段故事了。

  根深柢固的小團體心態 包溫反應序列：描述岩漿於冷卻過程中，結晶分化作用下的礦物生成順序。

左側不連續系列受控於礦物之間結構顯著的不同，右側的連續系列則為礦物於相似結構下的成分變化。

岩漿產生的過程中，元素之間會產生類似「分餾」的作用，讓「耐熱度」不同的元素各自產生小團體而分開。

耐熱的元素，像是鐵、鎂等，會留在地底深處，而鈉、鉀、矽等元素會被岩漿帶走，如此經過不斷的循環，元素族群之間的差異性會越來越大，岩石中的礦物組成也越趨不同，因而產生前述的鐵鎂質與長英質兩種火成岩。

Bowen製作了一張圖表，說明了這種結晶分化（Crystallizationfractionation）的結果，由圖上可知，所謂鐵鎂質（基性）的火成岩，裡面的礦物群大多以橄欖石至角閃石的鐵鎂礦物、及含鈣的斜長石為主；長英質（酸性）火成岩，則以鉀長石、白雲母、石英等礦物為主要組成。

這樣的礦物組成變化，其實可明顯的由地球內至外的剖面圖中見到：在岩漿的起點－地函中，所含火成岩幾乎為鐵鎂質含量超高的橄欖岩（它被稱為「超基性岩」）；到了地殼的誕生之處－中洋脊，則出現了含有輝石、角閃石、斜長石的玄武岩，這說明了岩漿已經過一次分化作用了；而山脈的誕生處－隱沒帶，其周遭則以中性（介於鐵鎂質與長英質之間）的安山岩，以及酸性的花崗岩為主，在此可看出岩漿又經歷了分化的作用（可見地球是個大型的分餾器！）。

值得一提的是，要能使岩漿產生分化，要歸功於地球的板塊運動：透過板塊的張裂與聚合，岩漿中的成分慢慢被區隔出來。

這使得地球的岩石與其他陸質星球的岩石有很大的不同，你在附近的行星裡是看不到花崗岩的。

總結上面的現象，在橄欖岩中，你絕對看不到石英、雲母等礦物；在花崗岩中，你也別想見到橄欖石、輝石等礦物，他們就是不可能在一起。

唯有一種狀況，你能稍微見到類別較接近的兩種火成岩一起出現，他們以叫做「擄獲岩」的形式出現，這是岩漿噴發時，不小心把原來就先形成的岩石一起帶出而產生的。

像是自然界中，常見玄武岩包裹橄欖岩這類的擄獲岩出現，這也讓科學家難得有機會親眼看到來自地函的物質。

除此之外，礦物之間是很小心眼的。

  團結力量大，凝聚力更佳 成分除了影響了岩石的外觀，它也控制了岩漿的噴發特性，這聽起來很玄？原理其實很簡單，一切都是岩漿中的矽造成的。

岩漿可說是建築材料的大倉庫，其中包含了重要的「矽氧四面體」，是矽原子與周圍的氧原子所結合的強壯結構，當矽氧四面體之間相互連結越多，建築就會越強健（科學用語是：岩漿的「黏滯度」會越高，越不容易流動）。

科學家發現，基性岩漿的矽含量少，因而大多構成「島狀矽酸鹽」的結構，這代表岩漿中的矽氧四面體彼此之間不相連，而是與其他的陽離子銜接（人口少，地卻廣大，因而讓彼此之間距離增加，彼此以羊腸小徑相互連接），這樣的連結是較不穩固的，使得岩漿的黏滯度下降；相反的，中性至酸性岩漿則含有鏈狀、片狀至架構狀的矽酸鹽成分，使得岩漿的黏滯度提高。

黏滯度改變了又如何呢？你可以想像兩個正在「加熱」的火山，其中一個含有基性的岩漿，另一個含有酸性的岩漿。

基性岩漿在加熱的過程中，因為黏滯度低，岩漿較容易受到擾動，也因此當岩漿庫承受一些些的溫度與壓力後，岩漿很輕易地就從火山口流出來；但在加熱酸性岩漿的時候，岩漿因為黏滯度高，要攪動它需要有更大的能量，也意味著岩漿能承受高的溫度與壓力，一旦這個火山壓力鍋忍受不住，就會把這些黏性高的岩漿猛烈的噴發出來。

目前在世界上紀錄過的大型火山噴發事件，都是以中酸性岩漿噴出為主，像是惡名昭彰的1980年聖海倫火山噴發；基性岩漿則通常以溫和且穩定的方式湧出，像是位在夏威夷的火山群。

酸性岩漿的危險性，總是大於基性岩漿。

岩漿的黏滯度也影響了火山地形：酸性火山岩漿因黏滯度高，岩漿流動緩慢，其噴發至冷卻所覆蓋的範圍較侷限，而新的岩漿可能繼續從同一個火山口噴出，最後通常會形成典型的層狀火山；基性岩漿則因黏滯度低，岩漿噴出後可快速向外擴張，因此最後形成地勢較低而廣的盾狀火山，或是寬廣的熔岩平台（臺灣的澎湖群島其實就是玄武岩漿噴發後形成的平台島嶼）。

所以，一般從眾人眼中，首先看到的會是顯著的地形地貌；而地形反映了岩性，岩性差異可藉由礦物組成來了解；礦物組成又受原本岩漿的化學組成所控制…也難怪，在火成岩學家的眼中，一顆顆的岩石都會變成一張張的化學數據。

  參考資料： MarciaBjornerud（2006）ReadingTheRocks-TheAutobiographyOfTheEarth. HarvetBlatt,RobertJ.Tracy,andBrentE.Owens（2005）Petrology-Igneous,Sedimentary,andMetamorphic 搜尋關鍵字: 文章分類文章分類 選取分類 2016台灣地球科學聯合學術研討會 GEOSTORY出走計畫─地球科學系統學術論壇參加特輯 五一勞動節礦工特輯 包子的漫畫館 地科科學史 所有文章 玩石碎碎念 蓋瑞王的自然教室 熱門文章︰ 火成岩的種類和形成 火山活動帶來的益處 蓋瑞王的自然教室_奇妙的月亮 δ18O氧同位素之16O與18O的愛恨糾葛 三大岩類的循環 變質作用與變質岩 「爸，媽，我想要念地球科學系。

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