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(rock)。講得比較不吸引力一點,就是大部分人到這些地方觀光,不過是在看一堆石頭罷了,直接或是間接。但因為這些岩石的產生方式不同,再配合之後不同的侵蝕方式與侵蝕時間,因此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,是地質學家推測整個地質活動的重要依據,甚至可以推測到當時的地形、氣候以及生物。就有如CSI犯罪現場,受過專業訓練且經驗老到的探員,可以根據案發現場各種蛛絲馬跡而推測出案發時的情況一樣。因此,這些岩石的意義不只在於觀光,而是也有相當大的科學研究價值。

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,這張是從Rocky Mountain National Park某個Visitor Center照出來的。

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,不過igneous rock一般中文翻譯為火成岩。美國以火山為主的地區,當屬Cascade Range這一區,包括有Mount Rainier、Crater Lake與Lassen Volcanic這幾個國家公園。此外,黃石公園與夏威夷也是火山運動的地方,因此也是看igneous這類岩石的好地方。實際上,Sierra Nevada也是個看igneous rock的好地方,比如以granite(花岡岩)為主的Yosemite,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所謂的火山與流出來的lava(岩漿),有不少magma只爬到一半就沒力卡住,於是之後冷卻變成岩石埋在裡面。這類的igneous rock屬於intrusive,比如Yosemite的granite。而一般我們常看到流出來地表之後冷卻所形成的igneous rock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。

IMG_5245 Tunnel View, Yosemite National Park
Figure 2: 一般把Yosemite(優勝美地)的景觀歸功於冰河,但公園岩石的基本面是由granite(花岡岩)所組成,其中granite在岩石分類上屬於igneous,是火山運動的產物。

IMG_7035 South Rim, Grand Canyon National Park
Figure 3: Grand Canyon(大峽谷)可說是地球上sedimentary rock(沈積岩)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_7603 Sunrise, Grand Teton National Park
Figure 4: Grand Teton National Park(大提頓國家公園)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 rock。

第二種岩石為sedimentary rock,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 rock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 rock。其中,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。而大峽谷之所以是個優良研究地質場所的另外一個原因,在於接近沙漠般的氣候使得樹木難以存活,因此大部分的岩石直接裸露出來方便地質學家觀察。此外,大部分攝影師喜歡在日出與日落的黃金攝影時段,也是地質學家喜歡的地質觀察時段,因為高反差使得特定岩層被打亮而其他岩層全黑,全世界要找到這麼爽的研究sedimentary rock地點可能真的是只此一家,別無分號。

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,在經過適當時間的侵蝕後,不同的侵蝕方式與不同的岩石基本面,變成風格各異的壯觀風景。

很多時候,sedimentary rock與igneous rock(甚至是之後要提的metamorphic rock)是一起存在的,一般來說igneous rock會比較硬,因此抗侵蝕力較sedimentary rock好,在適當時間侵蝕後,也可能發生有趣的景觀,比如Wyoming的Devils Tower,就是這樣形成的。Devils Tower屬於intrusive igneous rock,之前被sedimentary rock覆蓋,之後周圍的sedimentary rock逐漸被侵蝕光,所以露出一個光禿禿的塔。實際上,包括Yosemite與Grand Teton都有經過sedimentary rock被侵蝕走的類似過程,畢竟granite屬於instusive。

IMG_5851 Fountain-Type Geyser: Cliff Geyser
Figure 5: 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的一個原因。

IMG_2498 Zion Canyon Scenic Drive, Winter Morning, Zion National Park
Figure 6: Zion National Park的主要岩石為Navajo Sandstone,屬於sedimentary rock。

P1160960 Grinnell Lake from Grinnell Glacier Viewpoint Trail, Glacier National Park
Figure 7: 雖然Glacier National Park景觀的主要功臣是冰河,sedimentary rock是公園岩石的骨幹,算是公園壯觀風景的幕後功臣。

IMG_5248 Paradise Lost, Oregon Caves National Monument
Figure 8: 大部分的洞穴以屬於sedimentary rock的limestone為主,但Oregan Caves的主要岩石為marble(大理石),是limestone經過高壓與高熱後形成的metamorphic rock,雖然看起來跟limestone洞穴也沒太大的不同。

最後一種為metamorphic rock,而metamorphic的意思是變化或是改變,包括物理與化學性質的變化。當igneous rock或是sedimentary rock在經過(地底深處)高壓與高熱下,使得原先岩石的基本面發生改變,這種岩石就是所謂的metamorphic rock。比如大家常聽到的marble(大理石),就是limestone在高壓與高熱下所形成的metamorphic rock。在國家公園裡,Grand Teton National Park算是比較好的metamorphic rock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 rock或是sedimentary rock。此外,Oregon Caves National Monument也是個以marble為主的洞穴,雖然看起來跟limestone為主的洞穴沒有特別不同。

雖然metamorphic rock一般從igneous rock或sedimentary rock發生,但metamorphic rock自己也可以在高壓與高熱下繼續metamorphic下去。

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