為什么太陽系只有地球有花崗巖？

why do granites only form on the earth in our solar system？

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單位：中國科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所

吳福元，中國科學(xué)院地質(zhì)地球物理研究所研究員、博士生導(dǎo)師、中國科學(xué)院院士。

一般來說，太陽系模型是不平衡的，但不妨礙我們對成員和運動情況的理解(圖片來自花瓣網(wǎng))

太陽系由包括地球在內(nèi)的九大行星組成，其中地球是藍(lán)色的海洋和綠色的大地，區(qū)別于其他行星。

從地球科學(xué)的角度來說，地球還有很多區(qū)別于其他行星的地方，其中花崗巖就是一例。

花崗巖的用途多種多樣，圖為韓國設(shè)計師Kim HyunJoo設(shè)計的花崗巖落地?zé)簦▓D片來自花瓣網(wǎng)）

我們大家都很熟悉花崗巖，它是地球上的一種重要巖石類型。我們很多的風(fēng)景區(qū)實際上就是花崗巖地貌，如安徽的黃山 （圖1左）、九華山和天柱山、江西的三清山、山東的泰山與嶗山、遼寧的千山、陜西的華山等。我們很多的石材也是花崗巖的，比如國家大劇院裝飾用的“夜玫瑰”（圖1右） 就是產(chǎn)于山西的一種花崗巖。

當(dāng)然，花崗巖還與眾多的礦產(chǎn)有聯(lián)系。我國華南鎢錫礦的形成就與花崗巖關(guān)系密切。實際上，我們?nèi)祟愂褂玫脑S多金屬礦產(chǎn)都與花崗巖有關(guān)。

黃山花崗巖風(fēng)景及著名花崗巖石材（夜玫瑰）

照片來源：網(wǎng)絡(luò)資料

花崗巖呈現(xiàn)各種各樣的顏色，并具有不同的特征。但從礦物學(xué)上來說，它主要由淺色的以硅鋁為主要元素的長石 （包括斜長石和鉀長石）和石英組成，含少量以鐵鎂為主要元素的云母與角閃石。地質(zhì)學(xué)家通過百余年的研究發(fā)現(xiàn)，花崗巖是組成地球大陸地殼的重要巖石類型；而大洋地殼則與大陸地殼不同^[1]，它主要由斜長石和鎂鐵質(zhì)含量高的輝石和橄欖石等暗色礦物組成，在巖石類型上主要為玄武巖（噴發(fā)到地表的火山巖）和輝長巖（侵入到地下的巖漿巖）。

花崗巖分布于陸殼，玄武巖則分布于洋殼?；◢弾r的密度明顯小于玄武巖。（圖片來源于網(wǎng)絡(luò)）

那么，為什么只有大陸上才有花崗巖呢？

要回答這一問題，我們還需要了解花崗巖的形成過程。我們說，地球是由內(nèi)部的地核、外部的地幔和表層的地殼所組成，其中大陸地區(qū)地殼的平均厚度大約在40km左右^[2]。地球在初始形成時并沒有地核、地幔和地殼之分，但隨著地球的演化，其內(nèi)部要發(fā)生熔融。由于地球的初始物質(zhì)是富鐵鎂的，它的熔融只產(chǎn)生玄武質(zhì)巖漿，形成類似于大洋成分的地殼，但當(dāng)玄武質(zhì)巖石再次發(fā)生熔融時，它就形成了以硅鋁為主要組分的花崗巖，花崗巖的密度要明顯小于玄武巖。

各種不同的花崗巖（圖片來自網(wǎng)絡(luò)）

這樣，隨著地球上大洋板塊的俯沖，密度較大的洋殼俯沖進(jìn)入地幔，而以花崗巖為主要組成的大陸便能長期保留下來。目前見到的大洋地殼，年齡都小于2億年，而大陸地殼則可老至40億年。且隨著時間的進(jìn)行，保存的大陸地殼又多次被熔融，使其成分不斷向硅鋁質(zhì)增多的方向進(jìn)行，而殘留的鎂鐵質(zhì)物質(zhì)可以通過適當(dāng)方式返回地幔^[3~5]。這種過程反復(fù)進(jìn)行，使地球的大陸地殼不斷向穩(wěn)定的方向發(fā)展。可以說，花崗巖的多少是衡量地殼發(fā)育程度的重要巖石學(xué)標(biāo)志。

板塊俯沖，密度較大的玄武巖洋殼進(jìn)入地幔，而以花崗巖為主要組成的大陸便能長期保留。（圖片來自網(wǎng)絡(luò)）

根據(jù)目前人類所掌握的資料，太陽系內(nèi)其他行星并沒有發(fā)現(xiàn)有花崗巖的存在；或者說，花崗巖是地球區(qū)別于太陽系內(nèi)其他行星的重要巖石學(xué)標(biāo)志。這一情形的出現(xiàn)實際上也是與這些行星的演化程度和歷史有關(guān)。正如前面敘述的那樣，花崗巖是地殼演化程度的巖石學(xué)指標(biāo)，正是由于這些行星的地殼演化程度較低，才沒有出現(xiàn)地球上出現(xiàn)的花崗巖。如月球，它是除地球以外人類研究較多的另外一個星體。

花崗巖是地殼演化程度的巖石學(xué)指標(biāo)。行星地殼演化程度低，因此無法出現(xiàn)地球上出現(xiàn)的花崗巖（圖片來自網(wǎng)絡(luò)）

從月球隕石和月球返回的樣品發(fā)現(xiàn)，月球上不存在花崗巖，或者說，花崗巖極為少見。其主要原因是因為月球在經(jīng)歷了早期的巖漿海階段后便“死寂”了，除了偶爾有隕石來訪外，月球上目前不存在什么地質(zhì)活動。

月球巖漿海階段后進(jìn)入死寂階段，沒有發(fā)生地殼的分異，整個球體以玄武巖為主（圖片來源于網(wǎng)絡(luò)）

其他天體不存在花崗巖的另一個重要原因是水。在所有的地質(zhì)過程中，水起著十分重要的作用，如果沒有水，所有的巖石都很難發(fā)生熔融。而水加入到巖石中以后，可顯著降低巖石的熔點，進(jìn)而使其發(fā)生熔融。所以，水是形成花崗巖必不可少的重要組分^[6]。地球正是由于水的存在，才使大量花崗巖的出現(xiàn)成為可能，而這是其他星體所不具備的。

水降低了巖石的熔點，進(jìn)而使其發(fā)生熔融。是巖石圈花崗巖和玄武巖分異的必不可少的助力（圖片來自網(wǎng)絡(luò)）

那太陽系外的其他天體中是否也都不存在花崗巖呢？我們現(xiàn)在還不能給出確切的答案。但這一問題十分重要，因為只有演化成熟的天體才有可能出現(xiàn)類似地球上的生命，而尋找到地球以外的生命一直是人類孜孜以求的夢想。

（選自10000 個科學(xué)難題·地球科學(xué)卷）

參考文獻(xiàn)

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[3] Wedopohl K H.The composition of the continental crust. Geochim. Cosmochim. Acta,1995,69:1217?1232.

[4] Rudnick R L. Making continental cru: 571?578.

[5] Gao S, Zhang B R, Jin Z M, Kern H, Luo T C, Zhao Z D. How mafic is the lower continentalcrust? Earth Planet. Sci. Lett., 1998, 161: 101?117.

[6] Campbell I H, Taylor S R. No water, no granites-no oceans, no continents. Geophys. Res. Lett.,1983, 10: 1061?1064.