柱狀節理（Columnar 節理）是發育于火山巖中的一種原生張性破裂構造，尤其以發育于玄武巖中的最為完好和典型，因此一般所稱的柱狀節理構造，均專指玄武巖柱狀節理構造。柱狀節理構造多見于玄武巖中，有時在中酸性熔巖、熔結凝灰巖、潛火山巖、基性巖脈中也可見到。柱狀節理并非為玄武巖所特有，發育在玄武巖以外的其它巖類中的柱狀節理構造，泛指為“非玄武巖”柱狀節理構造。柱狀節理總是垂直于冷卻面發育，有多種產狀，基本排列方式有垂直、平臥、斜立等。其斷面形態有四邊形、五邊形、六邊形、七邊形等。節理柱的直徑從幾厘米到數米。
柱狀節理的形成取決于巖漿流動冷卻時的狀態，因此熔巖流需滿足以下條件：熔巖流具有一定厚度，熔巖流到地面不能接觸水體，巖漿成分要相對均一，巖漿均勻冷卻。柱狀節理的形成原因主要有“冷卻收縮說”和“雙擴散對流作用說”。全球玄武巖柱狀節理主要分布在蘇格蘭-北大西洋和印度德干高原及鄰近的印度洋，非洲、巴西、西伯利亞地區、中國、美國等地。非玄武巖柱狀節理主要分布在美國、俄羅斯、加拿大、德國、中國等地。中原地區的玄武巖柱狀節理主要分布在云南省、貴州省、四川省等西南諸省，非玄武巖柱狀節理主要分布在浙江省、甘肅省、新疆、海南省等省。
柱狀節理的科學研究具有廣泛的運用，在火山學、白鶴灘水電站拱壩設計、柱狀節理玄武巖工程建設等的研究中有重要的應用價值。柱狀節理因其地貌景觀與自然風光的獨特性常被開發為旅游景區、世界地質公園或火山公園。其中較為著名的有北愛爾蘭的“巨人臺階”景區（Giant's Causewaay）、美國“魔鬼柱堆”國家公園（Devil's Postpile National Park）、中國江蘇“桂子山石柱林”景區等。
名稱來源
柱狀節理因若干走向不同的節理將巖石切割多邊形柱狀體而得名。其英文名稱“Columnarjoint”中的“columnar”意為“具有柱狀形態的、與柱子有關的”，源自晚期拉丁語?“columnaris”，而“joint”意為“將骨頭連接在一起的關節”，源自古法語“joint?”。
主要特征
柱狀節理總是垂直于冷卻面發育，因為冷卻收縮總是從冷卻面開始逐漸擴展開的。在靜態冷卻條件下，冷卻面近水平，柱體呈直立狀；如果原始地形的坡度較大，則柱體會發生傾斜。柱狀節理有多種產狀，基本排列方式有垂直、平臥、斜立、彎曲、同心放射狀等，也有多種排列方式結合呈現出的奇異型組合。火山通道中火成巖的柱狀節理成水平放射狀排列。柱狀節理的斷面形態有四邊形、五邊形、六邊形、七邊形等。其密集分布在一定范圍內可構成大尺度景觀和中小尺度的景觀。
形成
形成條件
柱狀節理的地質產狀有熔巖流、火山口內的熔巖湖、火山頸、侵出巖穹、淺成巖脈等。在以上的產狀中，柱狀節理的形成取決于巖漿流動冷卻時的狀態，因此熔巖流需滿足以下條件。第一，熔巖流要有一定厚度，厚度愈大，形成石柱愈高。第二，熔巖流到地面時不能有水體。高溫巖漿遇水會淬碎，使熾熱熔巖急速冷卻而碎裂，最終不能形成規則的石柱。第三，巖漿成分要相對均一。第四，巖漿定位冷卻過程中保持穩定狀態，均勻冷卻，不能受到熔巖后繼供給沖擊“干擾”。
形成原因
“冷卻收縮說”認為玄武巖熔中柱狀節理的理想生成方式總是以兩個冷凝面作為其發育的基礎。一個為頂部冷凝面，即熔巖流頂部與大氣之間的接觸界面；另一個為底部冷凝面，即為熔巖流底部與下伏基巖的界面。首先，從平行于柱軸的縱剖面分析，熔漿溢出地表后在流動過程中逐漸冷卻，它總是分別從頂部、底部逐漸通過這兩個界面向外發散。因此，固結成巖后形成的原生裂隙就從頂部、底部冷凝面往中心延伸，直至巖漿全部固結成巖，這時上、下兩套柱列在巖流中部偏下處相會，形成柱頂線盤。其次，從垂直于柱軸底橫斷面分析，巖流冷卻過程中，在平坦的熔巖冷凝面上形成許多收縮中心。體積收縮引起巖石物質向固定的內部中心聚集，從而使巖石裂開，形成多面柱體。如果巖石是均質的，則收縮中心的距離相等，且相互間呈等腰三角形排列，在平面上呈現六邊形圖案。實際上，柱體形成時由于受到各種環境條件的影響，特別是巖體表層的局部非均質結構，會加長或縮短各收縮中心的距離，因而在柱列斷面上就形成不規則的多邊形圖案。
雙擴散對流作用說認為，高度規則的玄武巖柱狀節理是由熔融巖漿在冷卻期的雙擴散對流作用所引起的。在熔融的玄武巖巖漿中，黏滯巖漿頂、底部的溫度與化學成分這兩種組分的差異性能產生高度規則的柱指運動，從而形成玄武巖指構造。
分類
柱狀節理可分為大型柱狀節理（六邊形每邊長在1米以上，六邊形柱體斷面直徑在2米以上）、中型柱狀節理（六邊形每邊長在1-0.25米之間，六邊形柱體斷面直徑在2-0.50米之間）、小型柱狀節理（六邊形每邊長在0.25米以下，六邊形柱體斷面直徑在0.25米以下）等。
柱狀節理可分為規則型柱狀節理（以規則的正六邊形占優勢）、次規則型柱狀節理（以五邊形占優勢）、非規則型柱狀節理（正六邊形、五邊形不占優勢，它們與四邊形、七邊形和八邊形等混雜發育在一起）等。
分布
玄武巖柱狀節理
全球玄武巖柱狀節理呈大面積分布的區域分為兩大區，第一區為蘇格蘭-北大西洋和印度德干高原及鄰近的印度洋，包括陸地和部分海洋；第二區均在大陸上，包括非洲、巴西的巴拉那、西伯利亞地區、中國的云南省、貴州省、四川省諸省、美國的哥倫比亞河流域和南極洲等地。此外，分布面積較大的還有澳大利亞。較為典型的柱狀節理構造有北愛爾蘭的“巨人臺階”（Giant's Causewaay）和美國加利福尼亞州州東部內華達州山西坡“魔鬼柱堆”（Devil's postiple）。
中國的玄武巖柱狀節理主要分布在云南、貴州、四川等西南諸省，東南沿海的江蘇省、安徽、浙江省、福建省、廣東省諸省的玄武巖柱狀節理分布在海巖線350公里左右以內的范圍，另外東北三省以及河北省、山西省、山東省、廣東、海南省等省的玄武巖分布地區也發育不少典型的柱狀節理構造。其中較為典型的實例是寧海縣桑卅石山中柱體直徑達4米的大型柱狀節理。
非玄武巖柱狀節理
非玄武巖柱狀節理主要分布在美國、俄羅斯、加拿大、德國、中國等地。美國懷俄明州的“魔鬼塔”（Devil's tower）是發育在堿性火山巖響巖的柱狀節理。除此以外，非玄武巖柱狀節理還可發育于酸性火山巖、花崗石、石灰巖和粘土巖、以及煤塊中。
中國的非玄武巖柱狀節理主要分布在浙江省、甘肅省、新疆、海南省等省。浙江臨海市杜橋鎮附近鳳凰山、印地山一帶，在中生代白堊紀屬于次火山巖相的流紋巖中，有發育良好的柱狀節理。
科學研究
柱狀節理的科學研究始于17世紀90年代，英國博物學家福利（Foley）等人最早對柱狀節理“巨人臺階”（Giant's Causeway）進行報道。后不斷有地質、地理學家對柱狀節理進行考察和研究。1694年-1959年間，學術界側重于柱狀節理的形態學研究，提出“冷卻收縮說”。1960年-1970年間，繼承了“冷卻收縮說”的觀點，學術界側重于古（地質歷史時期已形成的）今（現代火山活期正在形成的）柱狀節理的比較形態學和形成機制的研究。1971年后，學術界提出柱狀節理形成的新假說—“雙擴散對流作用說”，對傳統“冷卻收縮說”進行修正。
中原地區對柱狀節理的研究始于20世紀50年代。中國學者徐松年對柱狀節理形態學、柱狀節理面的結構特征及其力學性質、柱狀節理構造的發育與巖漿成分與粘度及巖石結構的關系等方面進行了研究，提出柱狀節理構造“兩階段”形成機制的觀點。
柱狀節理的科學研究具有廣泛的運用。在火山學工作中，柱狀節理是研究火山噴發、侵出時熔巖流動，冷卻時物理與化學狀態的依據。在對古火山進行的研究中，可通過柱狀節理判別火山石產狀、巖相以及熔巖流方向。對柱狀節理玄武巖各向異性的研究成果，可應用于拱壩-基礎整體應力變形分析。通過分析與各向同性壩基的差異，可設計白鶴灘拱壩的擴大基礎方案，解決白鶴灘水電站設計重大關鍵技術難題，提高水電站的經濟效益。柱狀節理玄武巖因其特殊的巖體結構，開挖卸荷后易松弛、巖體力學參數降低，對工程建設不利。通過對柱狀節理玄武巖的松弛特性的研究，可為工程設計提供可靠依據，使柱狀節理玄武巖的開挖、支護設計順利進行。
地貌景觀
柱狀節理作為一種發育在火山巖地區的原生地質構造現象，因其地貌景觀與自然風光的獨特性常被開發為旅游景區、世界地質公園或火山公園。
北愛爾蘭的“巨人臺階”（Giant's Causewaay）景區是柱狀節理構造發育最典型的地區，以發育規整的六邊形玄武巖石柱林著稱。玄武巖柱列露頭長約275米，寬約184米，柱列高度約11米。柱體橫斷面呈規則六邊形圖案，直徑達40厘米，類似以正六邊形磚石鋪設的巨磚大道。在巨人臺階以東800米的一個露頭中，出現一批呈彎曲狀的柱體，稱之為“巨型風琴”（Giant's organ）。
美國“魔鬼柱堆”國家公園（Devil's Postpile National Park）和“魔鬼柱堆”國家遺址（Devil's Postpile National Monumet）位于加利福尼亞州猛犸湖區勝地附近的內華達州山西坡之上，其面積達3.2平方公里，長2.4-3.2公里，寬2.4公里，平均海拔2311米。“魔鬼柱堆”的柱體高18.5米，平均直徑70厘米，最大直徑106厘米。柱體橫斷面形態以正六邊形為主，也有五邊形、四邊形、七邊形等。“魔鬼柱堆”（Devil's Postpile）是美國家地質公園的重要自然景觀，吸引成千上萬的旅游者與科學家前往觀光、考察。
“魔鬼塔”（Devil's Tower）是美國懷俄明州的風景旅游觀光點。在1906年頒布《保護古跡法案》中，“魔鬼塔”被定為美國第一座國家紀念碑。“魔鬼塔”的柱狀節理發育于高達264米的堿性響石噴出巖體中，景觀奇特。其柱體最大直徑為5米，平均直徑2.10-2.4米。柱體橫斷面基本上以五邊形為主，其次為六邊形，也有四邊形、七邊形的。
“桂子山石柱林”景區位于中國江蘇省南京市六合區冶山街道石柱林社區境內，于2008年10月16日揭碑開園，同年11月份被南京市旅游局批準為國家AA級旅游景區。柱子山是一座相對高度僅50-60米的孤丘，整個石林占地200多畝，全部由玄武巖石柱構成。柱體斷面以六邊形為主，杜體直徑約為40-60厘米，柱列高20-30米。眾多柱體互相毗連緊挨，排列有序、筆直挺拔。
“臨海國家地質公園”位于中國浙江省中東部的臨海市東部約50公里處的濱海地帶。園區內由柱狀節理形成的“萬柱山”“千峰山”“百柱崖”“柵欄壁”“臥龍谷”“巨人道”“仙人柱”等的天峻石林奇觀，是世界地質公園的主要景觀。石柱垂直延深300-500米，出露高度不等，柱體截面為五邊形與六邊形。柱體排列有序，或直立或斜臥。
參考資料 >
南京市六合區人民政府.南京市六合區人民政府.2024-06-14
columnar.etymonline.2024-05-22
joint.etymonline.2024-05-22
浙江臨海國家地質公園.中國地質調查局.2024-06-14