沉積學家的觀點

Storyteller/蓋瑞王  Painter/蓋瑞王

地質學界有個有趣的比喻,他們覺得研究沉積岩跟透過木屑來研究樹木的概念類似。

所謂的沉積岩,是母岩(原來的岩石,可能是岩漿冷卻來的火成岩,或是受到溫度及應力作用產生變形的變質岩,甚至是好久以前就先形成的沉積岩)經過風化、侵蝕作用變成沉積物,被帶至某處再次沉降而成(這其中包含了碎屑型態沉降而成的碎屑沉積岩、以及水中的離子因過飽和沉澱出的化學沉積岩)。也因此,當我們在觀察一塊沉積岩時,我們看到的是一整段碎屑遊牧民族的遷移歷史。而沉積學家是怎麼觀察沉積岩的呢?

 

尋找沉積岩的指紋

先不論化學性沉積岩,碎屑沉積岩從源頭到其成家立業之地,經歷的風霜雪月都完好的紀錄在碎屑物上。首先,碎屑物在多次搬遷的過程中,因為受到許多苦難與折磨,而越顯消瘦…「粒徑大小」就是觀察依據之一,藉由觀察碎屑物的顆粒大小,我們可以推論他是從遙遠的地方搬過來,或只是從附近過來的。舉個例子,若你比較臺灣東西兩岸,會發現西岸(靠近中國那邊,如果你沒什麼方向感的話…)大都是黑色的砂,因為這些砂都是臺灣中央山脈的板岩(夜市常見石板烤肉的那種石頭),從山上被踢下來的過程中,極盡受虐、折磨而形成的;反之,東岸海邊大多是礫石,而且有不同的花紋,因這些礫石的源頭就是來自不遠處的山上,而山上大多是具有美麗紋路與結晶的變質岩。

而碎屑物在搬家的過程中,所受的磨練能讓他做人越來越圓滑融洽…「圓度」「球度」是另一項觀察依據,他們分別描述的是沉積物顆粒表面的平滑程度以及顆粒接近球狀的程度,顆粒越平滑圓滾,則代表顆粒被搬運得越遠。但有些時候,透過圓度與球度描述沉積岩時,要稍微注意:有些碎屑因本身所構成的礦物特性,無論怎麼的搬運,他始終無法被磨到接近球狀;搬運的媒介也可能影響碎屑物的表面特徵,像是被風搬運的沉積物,受到周遭風沙的撞擊,使得其表面常常是坑坑洞洞的。

沉積學者透過圓度(roundness)與球度(sphericity)分別來描述顆粒的表面特徵與形狀。(圖片來源:wiki)

在碎屑物受磨練而成長的過程中,他的本質是不會變的(一種「牛牽到北京還是牛」的概念),這指的是碎屑物的礦物組成。礦物組成會告訴你他的母岩是什麼,就像你看別人的長相就能猜出他爸媽可能的模樣。像是稍早提到臺灣海岸的碎屑物,西岸的黑色沙灘來自山上的黑色板岩;在夏威夷的海灘上,甚至能看到一片翠綠色的沙灘,大多由橄欖石所構成,因其源頭為源源不絕從岩漿生成的玄武岩。剛剛先跳過不論的化學性沉積岩,因少了碎屑物可以描述,就剩礦物組成這點可以拿來說嘴,但仍可以述說出他形成時的環境特徵,像是蒸發岩(通常由鹽岩、石膏等礦物構成)的出現之處,可能表示它原來的環境是封閉、蒸發量大的地區,如同死海那樣的地方(當然這只是其中一種可能)。

夏威夷海邊的綠砂,裡面有大量的橄欖石。(圖片來源:wiki)

 

我家曾經門前有小河,後面有山坡

若跳脫碎屑物的尺度,往更大的視野觀察,可以看到整個沉積岩層。岩層的厚薄、粒徑變化、岩層之間的連續性與交疊狀況等等,都可以讓我們了解過去產生沉積岩的環境為何(要知道現在看到的環境與過去的環境可能有很大的不同,你可以想像台北市以前是個大湖嗎?)有機會到花蓮的鯉魚潭去看看,那裏的遊客中心簡單的描述潭的形成,其實是河流的襲奪作用(甲河流搶了隔壁乙河流的水)而形成的堰塞湖(甲河流喝剩下的水),而了解這整段河流襲奪作用的證據就來自該地的沉積岩層。原本乙河流穩穩地流動,河裡的沉積物也因此穩穩地朝著某個方向堆積;但當大胃王甲河流搶了乙河流的水喝,河流流向改變使得沉積物的堆積方向也改變…這些都能從岩層中觀察出來。

位於花蓮的鯉魚潭,是河川襲奪作用後產生的堰塞湖。(圖片來源:wiki)

此外,我們更能從地層的資訊去建構出更大的故事。藉由觀察地層中的粒徑變化,我們可以了解我們所站之處可能曾經位於海洋深處,爾後越來越靠近海岸…這述說的恐怕是一段冰期/間冰期的故事,或是一段雄偉的造山史。

而要注意的是,沉積岩需要一個相對穩定的環境讓碎屑物足以沉降堆積,因此水面上的環境大多不適合,因為水面上的侵蝕作用嚴重,原本要安居在此的碎屑物,很快就會被該地的壞房東給趕走,不留一絲痕跡。你可以想見,我們利用沉積岩所述說出的歷史,大多都是發生在海裡,而只有極少篇幅在描述陸地上的故事(畢竟海洋占了地球表面的七成左右)。在述說地球的歷史時,也該注意這一點,避免以偏概全。

所以就常說的「三大岩類」中,沉積岩最能述說關於地球表面的故事,而這些故事也與人類生活最息息相關(人類生活進步所需的自然資源如石油、頁岩氣等就是在沉積岩中開採,在此篇就不多說)。了解如何解讀沉積岩,並用適當的語彙描述他,他將會輕輕在你耳邊說出動人的故事。

 

參考資料:

Marcia Bjornerud(2006)Reading The Rocks-The Autobiography Of The Earth.

 

延伸閱讀:

翻開慾望的一頁:能源演進史》-Ruei