Wednesday, July 13, 2011

Rocks in National Parks (國家公園裡的岩石)


美西國家公園以自然原始的風景著稱,不同地方風景故然不同,但這些大山大水背後的基本面都是岩石。講得比較沒吸引力一點,就是大部分人到這些地方就是在看大石頭,直接或是間接。但因為這些岩石的產生方式不同,配合長時間的侵蝕或其他地質作用,最後形成了大家所見的五花八門壯觀風景。

撇開觀光,這些岩石記載著地球的歷史,是地質學家研究地質活動的重要依據,甚至可以推測到當時的地形、氣候、生物以及生態系統。這些岩石不只提供視覺饗宴,也有相當大的科學研究價值,包括探測火星或甚至是外太空,靠的就是先對地球上各種岩石與地質的了解,才能藉此探索外星球與外星生命。

地質上,岩石被地質學家分為三大類,分別為igneous、sedimentary與metamorphic,三者關係如Figure 1所示:

IMG_1501
Figure 1: 岩石分類與生成示意圖。

所謂的igneous指的是原生,也就是從地底magma(熔岩)冒出來的,一般將igneous rocks翻譯為火成岩,因為這種岩石跟火山活動有密切關係。美國以火山為主的地區當屬Cascade Range這一區最有名,包括有North Cascades、Mount Rainier、Crater LakeLassen Volcanic這幾個國家公園。此外,黃石公園與夏威夷也是火山運動頻繁的地方。實際上,加州的Sierra Nevada也是以igneous rocks為主,比如Yosemite大部分地方的岩石都是granite(花崗岩),雖然很多人不會把Yosemite與火山聯想在一起。

當magma由下往上竄的時候,並不總是夠力可以一路爬升到地表形成我們看到的火山與流出來的lava(岩漿),有不少時候magma只上升到中途就沒力卡住,於是冷卻變成岩石埋在裡面。這類的igneous rock屬於intrusive,比如Yosemite的granite以及Devils Tower的phonolite porphyry(響岩)。

大部分人印象中流出地表之後冷卻所形成的igneous rocks屬於extrusive,比如黃石公園的rhyolite(流紋岩)、Mount Rainier的andesite(安山岩)與夏威夷的basalt(玄武岩),其中rhyolite是由含沙量相當高的lava形成,andesite由lava含沙量中等的lava形成,而basalt則由含沙量低的lava形成。

也就是說,igneous還有intrusive與extrusive之分,一般大眾較為熟悉的extrusive igneous rocks也被稱為volcanic rocks,而intrusive igneous rocks則被稱為plutonic rocks。一般plutonic rocks翻譯成深層岩,而volcanic rocks為火山岩,但大部分人可能會將火山岩與火成岩畫上等號,也就是將igneous rocks與volcanic rocks混淆在一起。

IMG_3306 Valley View, Yosemite National Park
Figure 2: 一般把Yosemite Valley的景觀歸功於冰河,但公園的主要岩石granite是另一個原因,而granite在岩石分類上屬於igneous。

IMG_0379 Devils Tower, Devils Tower National Monument
Figure 3: 位於Wyoming的Devils Tower岩石也屬於是igneous的phonolite porphyry。

IMG_1037 Great Fountain Geyser, Yellowstone National Park
Figure 4: 黃石公園以geyser著稱,但屬於igneous rock的rhyolite是幕後功臣,也是這邊可以有geyser的重要原因。

IMG_5798 Basalt Columns, Devils Postpile National Monument
Figure 5: Devils Postpile National Monument以岩漿流冷卻後所形成的basalt石柱堆為主要景觀,而basalt可以說是地表分布最廣的火成岩。

第二種岩石為sedimentary rocks,也就是沈積岩,顧名思義,就是沈積或堆積而成的岩石,而一般沈積靠的是河流或風的力量。觀賞sedimentary rocks最好的地方,當屬Colorado Plateau(科羅拉多高原),那堆以紅色岩石著稱的國家公園、州立公園或印地安人公園,裡面的岩石大都是sedimentary rocks。

大峽谷可以算是看這種沈積岩的最好地點,常見的sandstone(砂岩)與limestone(石灰岩)這兩類沈積岩都可以在大峽谷多層的谷壁裡看到。沙漠般的氣候是大峽谷適合研究地質的另外一個原因,草木難以在這種狀況下存活,因此大部分的岩石直接裸露出來方便地質學家觀察。

其他如Zion的Navajo Sandstone、Arches的Entrada Sandstone、Bryce Canyon的Clarion Formation(包含有limestone、dolomite與siltstone)與Glacier包括Grinnell Formation與其他OOXX Formation也都屬於沈積岩,在經過長時間的侵蝕後形成鬼斧神工的壯觀風景。

IMG_8738 Rock Layers from Lipan Point
Figure 6: Grand Canyon可說是地球上sedimentary rocks的最佳展示場,不但一般觀光客覺得美,地質學家也有他們覺得美的角度。

IMG_3447 Mesa and Ponderosa Pine, Zion National Park
Figure 7: Zion National Park的主要岩石為Navajo Sandstone,屬於sedimentary rocks。

P1160960 Grinnell Lake from Grinnell Glacier Viewpoint Trail, Glacier National Park
Figure 8: 雖然Glacier National Park景觀的主要功臣是冰河,sedimentary rocks是公園岩石的骨幹。

IMG_7603 Sunrise, Grand Teton National Park
Figure 9: Grand Teton National Park裡的Teton Range是世界上最容易被一眼認出的山脈之一,其山脈的主要岩石組成為gneiss(但幾個主要山峰是由granite構成),而gneiss屬於metamorphic rocks。

IMG_5248 Paradise Lost, Oregon Caves National Monument
Figure 10: 很多洞穴都以屬於sedimentary rocks的limestone為主,但Oregan Caves National Monument洞穴裡的主要岩石為marble,是limestone經過高壓與高熱後形成的metamorphic rocks。

最後一種為metamorphic rocks,而metamorphic的意思是變化或是改變,一般將metamorphic rocks翻譯成變質岩。地底深處的igneous rocks或是sedimentary rocks常常得承受高壓與高熱,這使得原先岩石的基本面發生改變,於是轉化成metamorphic rocks,大家常聽到的marble(大理石)就是limestone在高壓與高熱下所形成的metamorphic rocks。

在國家公園裡,Grand Teton National Park算是比較好的metamorphic rocks例子。雖然公園裡以Grand Teton為主的幾個主要山峰組成為granite,但Teton Range大部分是由gneiss(片麻岩,發音與nice相同)所組成,而gneiss的前身可以是igneous rocks或是sedimentary rocks。此外,Oregon Caves National Monument是個以marble為主的洞穴,雖然視覺上跟很多以limestone為主的洞穴沒有特別不同。

雖然metamorphic rocks大都起始於igneous rocks或sedimentary rocks,但metamorphic rocks自己也可以在高壓與高熱下繼續metamorphic下去。

Revised on October 26, 2023

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