岩浆岩来自硅酸盐熔体,其SiO2含量可高可低:含量高的称为“酸性岩浆”,含量低的称为“碱性岩浆”。称其为酸性或碱性取决于强碱性离子(Na+, K+)和弱碱性离子(Ca2+, Mg2+) ,以及Fe2+、 Fe3+的含量。碱性岩浆中,SiO2与MgO +CaO + FeO + Fe2O3的比值约为1,以致橄榄石、辉石和钙含量丰富的斜长石等矿物的形成消耗了岩浆中存在的所有SiO2。在酸性石材中,强碱K2O和Na2O最为常见,SiO2与K2O + Na2O的比值远大于1。因此,当所有强碱在结晶形成钾长石、钠长石和云母之后,SiO2还大量富余,于是出现游离的石英矿物(图1.2.2)。
从图1.2.2可以看出,辉长岩岩浆(也称玄武岩岩浆)温度高达1 200 ℃,其液体稀薄,SiO2含量少于52%。凝固而成的岩石主要由辉石、富含钙的长石和橄榄石组成,不会出现游离的石英——当然也会有例外。花岗岩岩浆的温度要低得多(只有约700℃) ,且更黏稠,其SiO2含量大于65%。在坚固的花岗岩或相应的火山流纹岩中的共生矿物有钾长石、白云母、黑云母、钠长石和石英。相比流动的玄武岩岩浆,较低的温度和液体黏稠度使花岗岩岩浆基本上堵在地壳中。因此,大多数火山只喷发玄武岩岩浆(碱性)或中性岩浆。也因此,玄武岩多见而辉长岩稀少,花岗岩多见而流纹岩稀少。
图1.2.2 主要岩浆岩的相关术语及对应矿物成分
中性的闪长岩和花岗闪长岩岩浆中,SiO2含量处于52%~65%。它们也不会有多余的SiO2。其主要的共生矿物主要包括闪石(角闪石)、中性至酸性的斜长石、辉石,通常情况下没有游离的石英。闪长岩和花岗闪长岩相应的喷发岩分别叫“安山岩”和“英安岩”。
由碱性和中性岩浆形成的橄榄石、辉石和闪石呈深色。因此,相应的石材也是深黑色到深灰色(图1.2.3) 。由酸性岩浆形成的碱性长石和石英通常呈浅灰色或无色。因此大部分花岗岩呈浅灰色至发白。但是,当铁通过风化从黑云母中分离或被氧化,花岗岩就能呈现黄色甚至是棕色。(www.daowen.com)
花岗岩及其同类石材的耐候性通常很强。唯一需要注意的是,在地质学意义上的史前时期,花岗岩中的长石可能已转变成高岭土,黑云母或也有可能已变成绢云母而导致耐候性降低。
岩浆岩的孔隙度通常非常小,约占体积的0.1%~3.0%,平均占1.0%。因此,岩浆岩不存在冻融问题,从岩浆中结晶且矿物颗粒密集镶嵌的岩石更是如此。只有玄武岩有明显较高的孔隙度,约15%~25%。其空隙虽大,但相互隔离。因此,该石材仍有较高的强度,抗冻性通常也不错。
图1.2.3 岩浆岩举例
由于岩浆岩硬度高,很少用于雕刻,在古建筑中也不是主要材料。其主要运用领域在墓碑艺术,也常被用于制作基座、楼梯、柱子。自工业化发展以来,实现了对岩浆岩的机械加工。作为墓碑石材,瑞典的黑色玄武岩和辉长岩(所谓的“瑞典黑”)一直以来很受欢迎。其经过100多年的风化,还通常能保持原有的光泽。因此,如何保存花岗岩依然是一个特别的专业研究领域。
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