柱状节理地质奇观（一）

天竺国卿

柱状节理地质奇观（一）

（世界部分）

姜竺卿 / 文

我的老师徐松年先生是浙江大学地质学教授，是我国顶级的玄武岩专家。在他的影响下，四十年来我一直关注玄武岩及酸性熔岩柱状节理这一课题，并收集了大量有关论文和资料。时值迟暮之年，闲着无事，将此整理出来，写成这篇通俗的科普文章。该文囊括已见于报道的大量柱状节理地质奇观，分为世界、中国、浙江乡土三部分，为喜欢旅游和地理的朋友送上一份大餐。

　　节理是地质上一种常见的断裂构造。当岩层受到地应力作用时会发生断裂，若断裂面两侧岩体没有发生位置移动，这种 “裂缝” 就叫节理；若断裂面两侧岩体发生位移时，这种构造称为断层。自然界的节理远比断层多见，但岩体断裂成柱状并成为群列的节理非常少见，裸露地表的更少，当然就成为旅游观赏的地质奇观了。

英国巨人堤的玄武岩柱状节理

地球岩石圈下面是软流层，软流层是岩浆的发源地。当上覆岩层压力减轻时，岩浆就会钻出来，发生火山爆发和岩浆侵入两种活动形式。这两种岩浆活动而冷凝的岩石叫岩浆岩，岩浆岩也分为喷出岩（旧称火山岩）和侵入岩两大类。火山爆发时，火山喷发物分为两种，一种是火山灰、火山弹组成的火山碎屑物，它是经过天空而落下来的物质，然后经固结成岩作用形成的岩石叫火山碎屑岩。另一种是熔融状态的岩浆从火山口漫溢出来，沿着坡地流动而冷凝的岩石叫熔岩。温州出露地表的岩浆岩中80%以上是凝灰岩，面广量大。但凝灰岩既不属于熔岩，又不属于侵入岩，而属于火山碎屑岩，凝灰岩是绝对不能发生柱状节理的。介于熔岩与凝灰岩之间的过渡类型的熔结凝灰岩，偶然会发生柱状节理，但出现频率极小。由此可知，柱状节理只能发育于熔岩体中，而且多发育于基性的玄武岩中，少量见于酸性的流纹岩或中性的安山岩中。基性、酸性是什么意思呢？

　　依SiO2含量多少，喷出的熔岩分为四类，大于65%的叫酸性岩，52%～65%的叫中性岩，45%～52%的叫基性岩（旧称碱性岩），小于45%的叫超基性岩。熔岩在熔融状态下的流动性随SiO2的增加而减弱，即酸性熔岩粘稠而不易流动，基性熔岩粘度小而易于流动。这些基础知识很重要，是读懂下列地质奇观的必备条件。

柱状节理指发育于喷出岩中的一种呈规则的六方、五方、四方棱柱形态的原生张性破裂构造，常构成壮观的石柱群，成为可供观赏的旅游资源。以前，学界曾普遍认为柱状节理只能发生在SiO2含量较低、粘度小、流动性大的基性熔岩中。近年来的野外地质调查表明，中酸性熔岩中也可发育柱状节理。玄武岩柱状节理形成机制的主导学说是 “冷却收缩说”。该学说认为，柱状节理的理想生成方式是熔岩冷却过程中，冷凝面生成无数个规则而又间隔排列的均匀收缩中心，产生垂直于收缩方向的张力裂隙，体积收缩引起岩石物质向固定的内部中心聚集，致使岩石裂开，形成规则的多面棱柱体。在理想情况下，收缩中心的距离相等，最终在垂直于冷凝面的方向上形成规则的六棱柱体。实际上，岩柱形成时受到种种环境条件的影响，特别是岩体内的非均质结构，因而在石柱断面上就形成六边形、五边形、四边形以及七边形等多种组合情况。换言之，如果冷却中心分布不均匀，或流面冷却速率存在差异，则形成非六边形的柱体。当岩浆呈整体快速冷却时，不易产生柱状节理，或六棱石柱形态不规则。近年来的研究指出，石柱大小和石柱密度主要取决于熔岩的冷却速率，而与岩浆成分、粘度大小不存在密切关系，粘度大的酸性岩浆在成岩过程中，在一定条件下也可生成柱状节理。另外，通常石柱生成时，上部柱列细而长，下部柱列粗而短。野外看到的粗大石柱，则可以认定是上部深遭剥蚀而留下的下部石柱。

　　当然，自然界众多的柱状节理石柱群由于埋藏于土下，或地处人迹罕至的深山远山区而不为人所知。现已发现或旅游开发的石柱群都是因海浪侵蚀或修建公路、人工采石而出露地表，展现风姿，我们相信将有更多的柱状节理石柱群等待我们去寻觅去发现。

　　1、英国巨人堤，又称巨人之路，位于北爱尔兰最北边的安特里姆区，地处大西洋通往爱尔兰海的北部海峡南岸。这里由4万多根灰黑色玄武岩石柱构成，绵延8公里，呈阶梯状延伸入海。石柱有高有低，错落有致，有的石柱高出海面6米以上，最高达12米左右，还有大量石柱淹没于水下或与海面持平。石柱直径在38～50厘米之间，多数石柱为45厘米。巨人堤分大堤、中堤、小堤三部分，其中以中堤的石柱最为著称。石柱断面大部分是规整的六边形，也有少数是四边、五边、七边形的。距今7000万年前的中生代晚白垩世末期，这里发生剧烈的火山喷发，一股股玄武岩熔岩流从地壳深处涌出，在冷却凝固的同时，大片的玄武岩收缩爆裂成规则的六边形石柱。英国巨人堤是世界著名的自然奇观，1986年被联合国教科文组织列为世界自然遗产，次年成为英国国家级自然保护区，也是当今国人去英国旅游必去的一大游览胜地。

　　2、英国斯塔法岛和芬格尔洞石柱群。苏格兰西部的赫布里底群岛，分为外赫布里底群岛和内赫布里底群岛，内赫布里底群岛中有一个无人小岛 “斯塔法岛”，南距巨人堤只有120公里，因此它的石柱形态和形成年代与北爱尔兰巨人堤相同，两者 “本是同根生”。岛中有一个巨大的海蚀洞，叫芬格尔洞，洞深60多米，从开口处的13米高向里缩至6米高。苏格兰斯塔法岛的四周下部及芬格尔洞的洞壁布满了壮观的玄武岩柱状节理石柱群，成为世界著名的旅游景观。

　　3、美国国家名胜“魔鬼塔”，位于美国西部的怀俄明州东北角的克鲁克县，地处落基山脉北段东麓的高平原上，不在黄石公园内，黄石公园在怀俄明州西北的落基山区。这里矗立着一座巨型圆柱状天然石峰，这就是世界著名的魔鬼塔，塔顶海拔1558米，塔高386米，塔基直径305米，塔顶直径84米，平坦的顶部面积为91×55米，这座石峰犹如擎天一柱，气势磅礴，引人入胜。在白人来到之前，这已是多支原住民部族崇拜的神圣之石，1906年由总统签署法案成为美国第一个国家纪念地（国家保护区），1977年史蒂芬•斯皮尔伯格在这里拍摄电影《第三类接触》使其盛名远播，访客暴增。

　　距今2亿年的中生代早侏罗世初期，这里曾是一片海洋，沉积了海相的石灰岩，后来地壳隆起抬升成为陆地，沉积了陆相的砂岩、页岩等沉积岩层。到了距今5600万年的新生代第三纪始新世早期，这里发生火山喷发，岩浆穿透上覆的沉积岩层，喷薄而出，冷凝形成岩浆岩锥状体，地质上叫 “火山颈”。由于熔岩冷凝收缩断裂，形成柱状节理。后来历经数千万年的风化侵蚀，上部300多米巨厚而松软的沉积岩层被剥蚀并搬走，坚硬的岩浆岩不易被侵蚀而挺立于此，形成今天的 “魔鬼塔”。

　　魔鬼塔的岩性，很多文章说是玄武岩，这是明显错误。在岩石学上这种岩石叫 “响岩”，沿节理击打，会发出清脆响声，故名。响岩与玄武岩一样，SiO2含量在45～52%，所以属于基性熔岩。塔壁上有数百道平行的垂直节理，把整座塔石分割成众多的六边形石柱，是典型的响岩柱状节理柱。与英国巨人堤不同，这里的石柱特别粗大，直径1.5米以上，很多达到2米（巨人堤仅0.45米），这证明是柱状节理形成初期的下半部分。魔鬼塔也是北美最佳的高难度的攀岩场所之一，从有纪录的1939年至今，共有5万多人申请攀登魔鬼塔，其中不到100人成功登顶，且有不幸坠死事件发生。由于魔鬼塔是当地20多支印第安族的圣地，每年6月份会举办许多仪式和活动，为尊重印第安文化，当局决定禁攀一月。

　　4、美国魔鬼岩柱堆，位于加利福尼亚州东部猛犸山附近，地处内华达山脉深处。这里的玄武岩柱状节理岩柱堆，曾因建设水库大坝险遭爆破粉碎，1911年美国总统签署法令，建立国家纪念地（保护区），遂成为著名景点。此地的岩柱高122米，形成时间相对年轻，距今不到10万年的新生代第四纪晚更新世，因而六边形岩柱轮廓分明，呈现 “崭新” 态势。由于地势高峻，冬季大雪封路，所以每年只在夏秋季的五个月对外开放，大约在六月上旬到十月底之间，具体时间根据当地的降雪状况而定。

　　5、意大利巨岛，位于西西里岛东南海岸，邻近埃特纳火山。埃特纳火山是当代著名的活火山，因而巨岛的玄武岩柱的形成时间比美国加州的魔鬼岩柱堆更晚，更具有 “崭新” 的形态。与世界各地相比，这里的岩柱呈弯曲形态，这是因为熔岩流动冷凝时受到挤压变形而成，或者后期经过地壳运动，使原本垂直的节理变形为褶皱构造。

　　6、冰岛斯蒂基斯霍尔米玄武岩石柱群，位于冰岛西部峡湾的斯奈山半岛沿海，从54号公路与55号公路三岔路口附近拐进去，走一段石子路才能看到。非常有气势的一大排玄武岩柱状节理石柱群垂直而整齐地组成一堵石墙，每根石柱高约14米，宽1.5米。岩壁下堆积着众多风化坠落的乱石块，减缓了它的高度和挺拔。石墙脚麓有牛羊吃草，但不见牧民，颇具荒凉感。很多人想要攀爬这个近乎垂直的陡壁，因为石柱上并没有可以抓手的裂缝或洞口，攀登这片断壁几乎是件不可能的事。

　　7、冰岛南部的斯瓦蒂佛斯瀑布，位于斯卡夫塔费德国家公园内，是一条落差39英尺（约合12米）的瀑布，瀑布的峭壁上布满了玄武岩柱状节理岩柱，中国游客称之为 “玄武岩瀑布”。白色瀑布倾泻而下与黑色玄武岩石柱互相映衬，成为独具特色的风景。

　　8、冰岛南端维克镇有一片黑沙滩，黑沙滩西部是自然保护区，东部就是举世闻名的玄武岩石柱群。1991年美国《岛屿杂志》将维克镇的黑沙滩列为世界十大最美海滩之一，黑沙与白浪在阳光映衬下呈现出美妙的海滨美景。这里的黑色玄武岩经风化和海浪的侵蚀作用形成黑色的沙质海滩，海滩边突兀的崖壁上密密麻麻布满柱状节理形成的六边形玄武岩石柱，加上玄武岩海蚀洞相伴，营造出摄人心魄、美轮美奂的海、滩、崖的绝景。

　　9、韩国济州岛的柱状节理带，位于南海岸的西归浦市区西面的 “中文旅游区”，该旅游区的大浦洞村往西南600米的海岸分布着一条长达1000多米的黑色岩石带，那就是闻名全球的济州岛玄武岩柱状节理带。这条落潮时高达40米的垂直节理带，形成于距今50万年前的第四纪更新世火山喷发，岩柱断面多呈六边形，少数为四边形。但由于这里海浪汹涌，惊涛拍岸，浪高可达10米以上，强烈的海浪侵蚀作用使石柱崩塌后移，而且石柱轮廓显得模糊。

　　10、日本 “呼子町” 小镇，位于九州岛西北部佐贺县的东松浦半岛，佐贺县是九州七个县里最小的一个县。呼子町隶属于唐津市，离韩国济州岛比较近，以盛产乌贼而闻名于日本。从呼子码头乘船出海，沿着唐津的海岸前行，不多时抵达 “七釜”。七釜是玄界滩悬崖峭壁上被海浪冲蚀而成的7个大的玄武岩海蚀洞穴，最大的海蚀洞洞口有3米宽，游览船可以开进一段，以便近距离观赏洞壁上柱状节理的石柱。“七釜” 不仅可以乘船观赏，还可以上岸沿着人行步道走到岩柱的上方，零距离接触这些地质奇观。与韩国济州岛不同，这里的岩柱更加纤细，而且呈弯曲的形状，但形成年代与济州岛一样，是距今50万年前的第四纪更新世。

　　11、外高加索地区的加尼谷，位于亚美尼亚首都埃里温以东23公里的一个内陆峡谷中，在悬崖峭壁上布满大片保存完好的柱状玄武岩，像是一座谷底遭侵蚀掏空而形成的空中花园，只有勇敢的游客才敢在数千吨重悬空石头下面拍照留影。

　　12、六角池，位于叙利亚库奈特拉省的戈兰高地（现被以色列占领），因池边岩壁上矗立着众多六边形的垂直玄武岩石柱，故名六角池。这些岩柱也是古火山喷发而产生的玄武岩柱状节理地貌。

　　最后，说一下俄罗斯西伯利亚勒拿河沿岸的柱状岩自然公园，在这里可以看到高达百米的神奇而罕见的石峰，沿勒拿河绵延40公里。沿岸壮美的石峰像柱子，像尖塔，像角楼，像拱门，像教堂，像动物等形状。但它们不是玄武岩柱状节理构造，而是石灰岩沿垂直节理经冷热风化和冻融风化及外力侵蚀而形成的柱状峰岩，很多人都误认为柱状节理。这里的石灰岩很古老，形成于距今5.3亿年前的古生代初期的早寒武世。石灰岩属于沉积岩，沉积岩是绝对不会发育柱状节理构造的。（未完待续）