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這種石頭怎麼長得這麼汙

在沙堆發現了這個有趣的場景, 自然界有沒有原理類似的景觀?

生活中有很多不經意的細節, 都會搖身一變成為大地上的景致,

區別無非是體量而已, 相似的則是內在物理化學機制。 比如雨後流過土地的水流會蜿蜒出辮狀河的形態, 又如從草坪圍石縫隙裡被雨水沖出的泥土會在水泥路面上堆成微小的扇狀。 在這裡, 則是蘑菇石的原理從微觀沙堆投射了出去。

1.什麼是蘑菇石?

(美國 Kansas 的 Mushroom 州立公園)

(美國亞利桑那州常見的蘑菇石)

蘑菇石, 對應英文是 mushroom rock/tent rock/hoodoos。 它是對一種地質現象的形象描述:下部為細長石柱, 頂部是一個寬大的大石塊 / 巨岩, 石塊直徑明顯或者略大於石柱, 像一朵香菇一樣戳在地上。 二者往往存在肉眼可見的質地不同,

但彼此間又緊密相連, 仿佛從天地誕生時就連在了一起。

當石柱直徑與頂部石塊直徑差別不是特別大的時候, 就會變成另一個回答裡面土耳其卡帕多西亞的情形, 看起來汙汙的樣子:

(土耳其, Cappadocia 的蘑菇石, 或稱 hoodoos / fairy chimney)

2.它的原理是什麼?

蘑菇石的原理如果用最簡單的語言概括, 那就是“差異風化”。

岩石上部和下部由於質地不同, 抵抗風化的能力也截然不同。 當下部岩石疏鬆不耐風化而上部岩石緻密耐風化時, 且如果同時存在某種外界因素(如節理、裂隙、流水侵蝕等)讓地層分解成岩柱的情況下,

就會由於上部耐風化岩石抵禦外界侵蝕, 保護了正下方的不耐風化地層, 形成上粗下細的蘑菇狀岩柱。 由於雨水會沿著頂部大塊岩石彙聚到底部, 所以往往還會出現頂部岩石與下部岩柱銜接的部位最細的情況——雨水都從那流, 自然會沖得比較細。

(1)上下地層岩石類型不同,導致抗風化能力差異。

以卡帕多西亞為例,這些蘑菇石上下部岩石的質地,即便是非專業人士都可以看出有顯著不同:上部岩石發灰,幾乎看不出分層;下部岩石偏白,可見明顯層次。下部偏白的岩石是火山凝灰岩,這是一種疏鬆多孔密度低的岩石,是古代火山噴發活動後期堆積起來的火山灰;頂部則是另一次火山活動噴出的熔岩冷卻後形成的噴出岩(該處常見玄武岩),或火山爆發產生的碎石堆積而成的粗粒火山碎屑岩,堅硬緻密,耐得住風雨侵蝕。

它不僅是一種奇妙的景觀,更是記載著古代多次火山噴發活動的密碼書。如果你懂得這些密碼,就能看出更多有意思的東西。

(Cappadocia 蘑菇石上部“蘑菇朵”體現出噴出岩的典型特徵:氣孔充填而成的杏仁體構造)

(Cappadocia 蘑菇石體現的地層旋回性)

------------------

(2)上下岩石性質原本相同,但因某種化學作用形成抗風化團塊 / 結核

以美國堪薩斯的 mushroom rock 州立公園為例,這裡在白堊紀時期曾經是古代河口—海岸地帶。海浪和河流的共同作用造就出以砂泥岩為主的 Dakota 組地層。這些蘑菇石就產自 Dakota 組下部質地純粹的河流相砂岩地層裡。

(原始大圖)

(地質視角看待的大圖)

當地地調部門的地質學家發現,該公園的蘑菇石並沒有上下岩石類型的明顯不同。無論是相似的單層厚度、一致的層理類型、幾乎沒有變化的細微性特徵,都在彰顯蘑菇頭與蘑菇杆具有一樣的 DNA。直到人們發現更多的蘑菇石後,才明白它的成因:陸相砂岩中常見的結核。

(右圖一團一團產出的“蘑菇石”,正是典型的結核形態)

地層水中的礦物質聚集在一起,在砂岩孔隙中沉澱析出,將砂岩顆粒牢牢粘合在一起便成為了結核。它使得地層中的局部變得相對更加緻密,從而更能抵禦風雨的侵蝕,構成了發育差異風化地貌的第一要素。

---------------

(3)未固結地層中存在較抗風化的異常大顆粒,形成差異風化。

這是與本問題情形最相似的一種“蘑菇狀”構造。

(義大利 Ritten 的 earth pyramid 構造,太魔性了)

瘦高的小土堆上面頂個石頭,與題主的照片幾乎如出一轍,不同的只是把沙子換成了土堆。這也同樣是一個典型的抗風化地層(石塊)保護正下方的不耐風化地層(土堆)的例子。

它的形成需要一些條件。

首先是混雜堆積的沉積物,大石塊與細顆粒的泥砂要混合在一起。人工堆積的當然不提了,自然條件下出現這樣的情形需要一些特殊的沉積環境,比如泥石流,比如山洪,比如冰川堆積物——義大利的這個構造,便發育在古代冰川堆積的冰磧物裡。

其次是半固結的成岩階段,泥砂剛好有點變硬,但遠稱不上堅固。顆粒與顆粒之間存在少量的膠結(早期鈣質膠結或者粘土膠結),但尚禁不住風化的摧殘。

當滿足這兩個條件,且剛好暴露在多雨水地區的地表時,剩下的工作交給天氣和重力就 OK 了。

3.總結

差異風化是自然界中許多有趣地貌的成因。由於岩石的抗風化性千差萬別,所以在一些岩性複雜多變的地區,差異風化就會形成許多好玩的地貌。合理認識這種差異性產生的本質,對於解讀地貌背後的故事大有裨益。

至少,下次帶朋友出去浪的時候,裝逼的成功率會變高。

(Hoodoos,糊塗石)

(1)上下地層岩石類型不同,導致抗風化能力差異。

以卡帕多西亞為例,這些蘑菇石上下部岩石的質地,即便是非專業人士都可以看出有顯著不同:上部岩石發灰,幾乎看不出分層;下部岩石偏白,可見明顯層次。下部偏白的岩石是火山凝灰岩,這是一種疏鬆多孔密度低的岩石,是古代火山噴發活動後期堆積起來的火山灰;頂部則是另一次火山活動噴出的熔岩冷卻後形成的噴出岩(該處常見玄武岩),或火山爆發產生的碎石堆積而成的粗粒火山碎屑岩,堅硬緻密,耐得住風雨侵蝕。

它不僅是一種奇妙的景觀,更是記載著古代多次火山噴發活動的密碼書。如果你懂得這些密碼,就能看出更多有意思的東西。

(Cappadocia 蘑菇石上部“蘑菇朵”體現出噴出岩的典型特徵:氣孔充填而成的杏仁體構造)

(Cappadocia 蘑菇石體現的地層旋回性)

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(2)上下岩石性質原本相同,但因某種化學作用形成抗風化團塊 / 結核

以美國堪薩斯的 mushroom rock 州立公園為例,這裡在白堊紀時期曾經是古代河口—海岸地帶。海浪和河流的共同作用造就出以砂泥岩為主的 Dakota 組地層。這些蘑菇石就產自 Dakota 組下部質地純粹的河流相砂岩地層裡。

(原始大圖)

(地質視角看待的大圖)

當地地調部門的地質學家發現,該公園的蘑菇石並沒有上下岩石類型的明顯不同。無論是相似的單層厚度、一致的層理類型、幾乎沒有變化的細微性特徵,都在彰顯蘑菇頭與蘑菇杆具有一樣的 DNA。直到人們發現更多的蘑菇石後,才明白它的成因:陸相砂岩中常見的結核。

(右圖一團一團產出的“蘑菇石”,正是典型的結核形態)

地層水中的礦物質聚集在一起,在砂岩孔隙中沉澱析出,將砂岩顆粒牢牢粘合在一起便成為了結核。它使得地層中的局部變得相對更加緻密,從而更能抵禦風雨的侵蝕,構成了發育差異風化地貌的第一要素。

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(3)未固結地層中存在較抗風化的異常大顆粒,形成差異風化。

這是與本問題情形最相似的一種“蘑菇狀”構造。

(義大利 Ritten 的 earth pyramid 構造,太魔性了)

瘦高的小土堆上面頂個石頭,與題主的照片幾乎如出一轍,不同的只是把沙子換成了土堆。這也同樣是一個典型的抗風化地層(石塊)保護正下方的不耐風化地層(土堆)的例子。

它的形成需要一些條件。

首先是混雜堆積的沉積物,大石塊與細顆粒的泥砂要混合在一起。人工堆積的當然不提了,自然條件下出現這樣的情形需要一些特殊的沉積環境,比如泥石流,比如山洪,比如冰川堆積物——義大利的這個構造,便發育在古代冰川堆積的冰磧物裡。

其次是半固結的成岩階段,泥砂剛好有點變硬,但遠稱不上堅固。顆粒與顆粒之間存在少量的膠結(早期鈣質膠結或者粘土膠結),但尚禁不住風化的摧殘。

當滿足這兩個條件,且剛好暴露在多雨水地區的地表時,剩下的工作交給天氣和重力就 OK 了。

3.總結

差異風化是自然界中許多有趣地貌的成因。由於岩石的抗風化性千差萬別,所以在一些岩性複雜多變的地區,差異風化就會形成許多好玩的地貌。合理認識這種差異性產生的本質,對於解讀地貌背後的故事大有裨益。

至少,下次帶朋友出去浪的時候,裝逼的成功率會變高。

(Hoodoos,糊塗石)

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