遍开大地的石榴红--石榴石趣话.doc

遍开大地的石榴红石榴石趣话溯鹰 发表于 2012-06-18【石榴子石 图片来自溯鹰岩矿标本收藏系列】如果你熟悉“生辰石”，想必不会对石榴石这个名字感到陌生。作为一月份的“生辰石”，石榴石那圆溜溜的形状、红通通的色彩，实在是捕获人们注意力的绝佳形象。无论从形状、色彩，还是多颗共生时的产状，它都酷似大红石榴的颗颗籽粒，故而名之曰石榴石。在汉文化中，多籽儿的石榴，往往也会给人们留下多子多福的意征。于是，从哪方面看，这种“文艺”的晶石，看来都有太多理由获得人们的好感与青睐。行走于山川原野间的地学人，对石榴石的热情可丝毫不亚于公众。像“没有石榴石就没有变质地质学”之类的话，便往往会从做变质岩课题的Geek们口中脱口而出，可想而知，石榴石成就了多少个岩石学实验室中的“eureka！”。而这一切，都缘自石榴石蕴含着丰富的远古地球信息。它们如同启明的星芒，照耀着寻觅远古故事的地学人那探索前行的身影。我们就一起来看看，如此一位泛领域的大众情人，究竟又是何方神圣吧。石榴石是某一系列自然产出的金属硅酸复盐的统称。化学通式记为X3Y2(SiO4)3。一般来说，X的二价位往往属于Fe、Mg、Ca和Mn，而Y的三价位则往往被Fe、Al、Cr所预定（图1）。但是，这两个格子之间却不能进行自由的排列组合，石榴子石仅仅只能形成六个主要端元（图2）。石榴石那丰富多彩的色光与韵味，也正是来自这六个单元。铁铝榴石的红珠独秀，锰铝榴石的星点橘黄，镁铝榴石的金赤深厚，钙铝榴石的翠绿斑驳，钙铁榴石的刚泽辉闪，钙铬榴石的碧透晶莹可想，没有这六姐妹的多彩身韵，石榴石恐怕是无法跻身知名宝石行列的。蕴着来自遥远阿拉伯世界的丝路情调，石榴石在中国更是获得了一个更为优雅的“艺名”紫牙乌（Yakut，阿拉伯语，意指红色的宝石）。【图1 石榴子石族矿物的阳离子集合 溯鹰制图】【图2 石榴子石族矿物的六个主要成分端元 溯鹰制图】青岩叠嶂，山水万千。说起“岩石”，人们不免为它们繁多的名目而头大。什么石灰岩、大理岩、花岗岩等等不过，在地质学家的眼中，这些千姿百态的岩石却都终归不外乎三个大类由地下物质（岩浆）凝结而成的火成岩、由地表环境作用而生的沉积岩、以及前两类石头“放变质了”后所形成的变质岩。岩石，是矿物这种天然化合物的集合体。石榴石便是变质岩中的特征矿物之一。在石榴石大量赋存的片岩、片麻岩中，一颗颗石榴石点缀在由云母所铺成的背景中，云母闪着斑驳的银光，通红的石榴子镶嵌在这银色的海洋中，恰如烂漫银河中的红色星辰。在地学家眼里，这条石中星河，便是揭开远古大地变迁奥秘的信息媒介了。科学家告诉我们，变质作用是岩石在保持固态的条件下随温压条件变化而发生相变的过程，它的产物称之为变质岩。如果追根溯源，人们不难看出，大地温压状态的变化，实质便是一部“数据化”的演化过程温度和压力这两个最重要的地球物理参数，实际直接来自地球动力学和热力学这两大描述地球演化状态的范畴。变质岩归根结底是星球的演化过程，在岩石圈刻下的轨迹。不同的温压状态，对应产生不同种类的变质岩。如果人们能够揭示出在变质作用发生时段内保存在变质岩中的温压信息，便可以逆向推导出产生这套数据的动力学和热力学轨迹。于是，在很大程度上，人们便可以还原出当时地球演化的物理过程了。正如我们经常怨念的每当提出看上去很美的逻辑时，苛刻的要求便总会顺之而来。上述推论，实际上暗含着这样一条要求：首先，我们需要一种稳定的存在，能够随着环境变化而岿然不动，尽可能多地经历沧桑；而另一方面，我们又需要一种活泼的存在，能够随着环境变化而及时作出变动反馈，尽可能多地赋存环境变化的信息。你可能会说，这不矛盾了？鱼与熊掌尚不可兼得，性质稳定与性质活泼，又如何禀存一体呢？其实这并不矛盾，完全类质同象体的存在，给研究者提供一种稳定和活泼共存的可能。而具有六种端元的石榴石，恰恰又将这种可能性化作了现实。石榴石的化学性质稳定，一旦形成，它能够抵抗来自外界的蚀变，在变质范畴的温压区间内稳定存在，从而为人们见证变迁保存了有生力量；另一方面，石榴子石族的六种端元组分分别从属于两套完全类质同相系列，在温压条件的变化下，它们能够在“不影响大局（即同相）”的情况下做出阳离子含量的微调（类质），从而完成对环境的敏感反馈。有意思的地方恰恰就在这里，在粒子原材料供应充足的条件下，石榴石究竟朝着哪种端元组分的方向结晶，取决于温压条件的限制。矿物的结晶由小到大进行，可想而知，倘若结晶过程中温压条件变化，这种新长出的圈层的阳离子成分自然也会有异于之前老的圈层。就这样，在石榴石缓慢的结晶过程中，外界条件的变化，被它敏锐地记录在了自己的晶体结构中。一圈复一圈，如同树木的年轮般，见证着时代的斗转星移。地质时代那盛大的演化图景，终究还是成为了过往一抹云烟，而化学性质稳定的石榴石，却身负着晶格的年轮，穿梭亿万时空，将逝去时代的记忆传承了下来。今日的地质学家们，用电子探针、拉曼光谱等手段，精确地量化每一层石榴石晶体的成分环带的组成（图4），并依次为基础，逆推出当时结晶的温压条件。从小小的石榴子石中“解压缩”这些数据之后，地质学家会将一个变质带中不同时代的，与石榴石有关的化学反应投影在一个由各种不同的化学反应所切割的温压二元图中。链接所有的数据结点，这条有了时间意义的参量变化轨迹，便成为了遥远时代在今日的重生涅槃。无论岩根深埋还是山岳隆起，无论板块俯冲还是大陆对撞。在历史中淹没的真相，最终在石榴石的斑驳璃影中，重返到了普照大地的星芒之下。【图4 石榴子石成分环带及演化图谱。图谱中，横坐标表示距离晶体中心的距离，纵坐标表示各端元组分的比例。Alm：铁铝榴石；Sps：锰铝榴石；Prp：镁铝榴石；Grs：钙铝榴石。注意：上下两图仅做示意，数据之间并不具有匹配性。图片来