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黑曜巖
來源:互聯網

黑曜巖,是在火山噴發過程中,由黏性較大的酸性熔巖,迅速冷凝形成的火山玻璃。黑曜巖的產生需要火山噴發、酸性熔巖、迅速冷凝三個基本條件。

黑曜巖通常呈黑色或灰褐色但也可見棕色、灰色等,除了含有少量的斑晶和雛晶外,幾乎全由玻璃質組成,非晶質,無節理,具有明顯的玻璃光澤與貝殼螺旋狀斷口。黑曜巖成分與花崗石相似,化學組成以二氧化硅為主,含量通常為70%~75%,含水量僅2%,莫氏硬度接近5,材質較為堅硬,黑曜巖在1200℃左右的高溫下體積可膨脹3倍以上結構依然可以保持穩定。主要產地在美洲如美國的夏威夷、黃石國家公園等此外還有日本、東非、意大利的利帕里群島等。

黑曜巖烏黑光亮的玻璃光澤可制作裝飾品、日用品及祭祀用的禮器和隨葬冥器。由于其貝殼狀斷口光滑且尖銳,黑曜巖在古代被用作鏡子、工具和武器,最鋒利的石器也常由黑曜巖制成。

巖石簡介

黑曜巖(黑曜石)是一種致密塊狀或熔渣狀的酸性玻璃質火山巖,和松脂巖、珍珠巖都統稱為酸性火山玻璃巖二氧化硅含量在70%左右,含水量一般小于2%。具深褐色、黑、紅等顏色,成分與花崗石相當。常具斑點狀和條帶狀構造。內中充滿磁鐵礦輝石成分的微晶和雛晶。致密塊狀,有時見石泡構造。玻璃光澤,具貝殼狀斷口。球粒較常見,有時很多,并排列成層。含水量較少(<2%),可與珍珠巖、松脂巖相區別。具明顯的玻璃光澤。容重小,膨脹性好,耐火度高,化學穩定性強,導熱系數低,吸音性,吸濕性小,抗凍、耐酸、絕緣。主要產于第三紀以后較新的火山巖中,常與珍珠巖、松脂巖共生。廣泛用于化工、建筑、冶金、石油、電力、鑄造、制藥等部門,用作保溫、隔音材料及農田改良劑等。還可供制作工藝品、裝飾品的原料。

起源于火山的天然玻璃,它由黏滯熔巖的快速冷凝而形成,因此難以結晶化。非晶質的,沒有解理,斷口呈貝殼狀。黑曜巖極富含二氧化硅(大約為35~80%),含水分很少,具有相似流紋巖的化學成分,具有玻璃光澤,比窗玻璃稍硬。

通常呈黑色,但也可見棕色、灰色和少量的紅色、藍色和綠色材料。顏色可能是單色的、或帶條紋、或有斑點。但赤鐵礦氧化鐵)的存在產生紅色及褐色變種(稱為桃紅黑曜巖),微小氣泡包裹體可以造成黃金光澤。有些內含物令黑曜巖具備金屬光澤,而內部的氣泡或結晶產生一種「雪花」效果(即雪花黑曜巖),具有暗色條帶或灰、綠、黃于色斑塊的其他類型(稱為彩虹黑曜巖)也被人們認識到了。

黑曜巖所含水分按重量一般不多于1%。在地下深處的高壓之下,流紋巖熔巖可以含有高達10%的水分,這幫助它甚至在低溫下也保持液體狀態。噴發到地表時,因地表壓力低,揮發性的水分得以迅速逸散,從而增加了熔漿的黏度。熔漿黏度增加卻妨礙了結晶作用,于是熔巖凝固成為玻璃。

不同的黑曜巖由不同的結晶物質組成。它們密集的、豐富的雛晶(顯微狀胚胎形晶體生長物)是那樣多,以至于這種玻璃除薄的邊緣外都不透明了。很多黑曜巖標本含有稱為團簇粒的,放射狀排列的針狀晶體組成的球形團塊長石的微晶(微小的偏光晶體)和石英的顯晶(大的、形狀很好的晶體)也可能存在。

巖石產地

大多數黑曜巖與火山巖共生,并形成流紋巖質熔巖流的上部;其次它是作為巖墻和巖床的薄邊緣出現。著名的黑曜巖產地有冰島海克拉火山意大利海岸外的埃奧利群島(EolieIslands),以及美國懷俄明州黃石國家公園的黑曜巖峭壁。

黑曜巖的分布大多是曾有火山活動的地區,如美國的夏威夷、日本印度尼西亞爪哇島,其它在冰島、匈牙利、意大利的利帕里群島、蘇聯墨西哥厄瓜多爾和瓜地馬拉等地也有出產。深黑色單眼的黑曜巖則分布于美國的亞利桑那州新墨西哥州

工藝歷史

黑曜巖被美洲美洲原住民及很多其他原始人用作武器、家具、工具和裝飾品;被古代的阿茲特克人和希臘人用作鏡子。因為它具貝殼狀斷口(光滑的、彎曲的斷面和尖銳的棱),所以最鋒利的石器都是用黑曜巖精工制作的。這些石器(大多數是態射)中的有一些,可以用水化層測年法來測定年代,這些水化層是長時間中在它們暴露的表面上形成的。具有吸引人的斑駁顏色的黑曜巖有時可以用作半貴重的寶石。

古代的人們利用黑曜巖當鏡子,由于黑曜巖的斷口常呈貝殼狀且尖銳鋒利,它也是古代人使用的石器。遠古石器時代曾被用作刀,箭頭等切削用具,現代人利用黑曜巖來制作外科手術用解剖刀的刀片。另外將黑曜巖以1000℃以上溫度加熱后,由于內部所含水分,燒卻后會變成白色顆粒狀,質地疏松多孔,可用作土壤改良劑。

理化性質

主要成分:二氧化硅

硬度:5

比重:2.339-2.527

折射率:1.48-1.51

含水率:1-2%

顏色分類

黑曜巖通常呈黑色,但是也可見棕色、灰色和少量的紅色、藍色甚至綠色。也有可能是全部單色、或有條紋、或有斑點。最有名的是有彩虹閃光的彩虹黑曜石巖RainbowObsidian,并且有些條文呈橢圓形狀,就形成俗稱的單眼黑曜或者是雙眼黑曜巖了。

黑曜巖Obsidian有很多種,不只有常見到的彩虹黑曜巖(Rainbow Obsidian),黑色的黑曜巖,黑曜巖還有很多種顏色樣貌。像是銀沙黑曜巖、金沙黑曜巖、不常見到的桃紅黑曜巖(紅色 Mahogany Obsidian),不過他顏色是紅褐色。

分類:

(1)雪花黑曜巖(Snowflake Obsidian):是黑底白斑者,強烈的對比使其相當搶眼。

(2)桃紅黑曜巖(Mahogany Obsidian):這一種比較少見,一般是紅色、黑色相雜的樣子。極少有通體紅色的,稱之為麥加紅;有紅、黑、透明大正三色錦鯉相間的,因與錦鯉的花紋相似,也稱作冰種錦鯉黑曜石

(3)彩虹黑曜巖(Rainbow Obsidian):彩虹黑曜巖的彩虹眼通常會隨著觀視角度變化而若隱若現,有多種顏色,所以稱做彩虹。彩虹黑曜巖中,以藍色最為少見。

(4)銀沙黑曜巖(Silver Sheen Obsidian):黑曜巖內,雜了金屬狀的內含物,使其呈現或金黃或銀白色的光澤。也有銀曜巖的叫法。

(5)金沙黑曜巖(Golden Sheen Obsidian):黑曜巖內,雜了金屬狀的內含物,使其呈現或金黃或銀白色的光澤。也有金曜巖的叫法。

這些不同的顏色都是黑曜巖在形成時,不同成份元素滲雜其中一同生長的結果。

巖石遺址

考古工作者在延邊朝鮮族自治州和龍人溝的山地內發現了一處舊石器時代遺址,這處據今已有1萬5000年歷史的黑曜巖遺址是目前發現的面積最大的舊石器黑曜巖遺址。黑曜巖是火山噴出后形成的一種巖,這塊重達30多公斤黑曜巖是當地老鄉刨地時發現的,它的發現引起了考古工作者的關注。

為此,吉林大學邊疆考古研究中心和吉林省文物考古研究所聯合在吉林沿邊和龍溝附近展開了近兩年的考古調查,發現了1200多件舊石器時代的生產工具。吉林大學邊疆考古研究中心教授陳全家:這就是1萬5000年前原始人生產工具用的原材料,原始工具是怎樣生產出來的?做了大量實驗發現,原始人是用鹿角或木棍等軟錘敲擊(黑曜巖)邊緣,剝下來的鋒利石片就成為原始工具。

經勘測,考古工作估計,該遺址面積至少在3萬平方米左右,這是該遺址發掘出土的原始生產工具——刮削器,此次出土的1291件原始工具有鉆、琢背小刀、雕刻器等,類型十分豐富。除兩件工具以外,其它工具的質地均為黑曜巖,考古工作者發現,其中的一些工具有明顯的勒瓦婁瀾加工工藝。為什么會有兩件特殊的器具?該遺址出現的特殊的加工工藝說明了什么?等問題都還在進一步研究之中。

鑒定技術

利用黑曜巖表面水合層的厚度來測定黑曜巖工具制作年代的技術。黑曜巖是一種火山玻璃,石器時代的人類常用它制作各種工具。黑曜巖對水有很強的親和力,表面經常吸附一薄層水,水慢慢向內部擴散形成水合層。水在水合層中的重量大約占3%,是新鮮黑曜巖中含水量的10倍在光學顯微鏡下,水合層的邊沿可以清楚地顯出來。

黑曜巖工具在制作時,其表面水合層的厚度為零,由此開始水合作用,經歷的時間愈長水合層愈厚,因此根據水合層的厚度可以定出黑曜巖工具的制作年代。從擴散定律可以計算出水合層的厚度D與年代t的關系是D=Kt。K為擴散系數,與埋藏的溫度和黑曜巖本身的化學成分有關而與濕度無關對于同一時代相同成分的黑曜巖,赤道地區的水合層厚度要比北極地區的大8倍。但由于埋藏環境的溫度并非完全不變,往往難以確定。這種方法常限于在局部地區作相對斷代,或經與碳-14年代(見放射性碳素斷代)比較定出標準后,再用內插法或外推法定出絕對年代

近年來通過高溫誘發水合試驗和確定有效水合溫度的經驗公式,已可以不依靠其他斷代方法定出黑曜巖工具的制作年代。例如1983年J.W.米切爾等用肯尼亞普羅斯佩克特農場考古遺址的一系列層位中出土的黑曜巖制品,測出了從距今2500年到12萬年的各層的絕對年代。在3萬年內的年代數據,基本上與碳-14測定結果相一致。

發現

2021年3月,吉林省和龍市一施工人員意外發現一件長53厘米、重16.3千克的巨型黑曜石巖石制品。經專家確認,這是一件距今約兩萬年的巨型黑曜巖石葉石核,其通體呈錐形,有14道人工剝離的片疤,極其罕見。

參考資料 >

【科普·地質系列】火山巖石--黑曜巖.深圳大鵬半島國家地質自然公園.2024-03-16

吉林和龍發現一巨型黑曜巖石葉石核-新華網.新華網.2021-03-23

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