在北愛爾蘭貝爾法斯特西北約80公里的海岸處,有一處被稱為“巨人堤道”(Giant's causeway)的景觀,在這里,你將會看到大量形狀規(guī)則的古老石柱,這些石柱大約有4萬根,其橫截面多呈六邊形,它們整齊地排列在一起,從陸地一直延伸入海,很是壯觀。
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對于這些石柱,相信很多人首先想到的就是,它們應(yīng)該是遠(yuǎn)古人類因?yàn)槟撤N原因建造的,畢竟它們看上去很像是出自人工。然而事實(shí)卻并非如此,因?yàn)楦鶕?jù)科學(xué)家的測算,它們的形成年代,可以追溯到5000萬至6000萬年之前。
眾所周知的是,在5000萬年前,地球上根本就沒有人類存在,那這些六邊形柱子又是誰建造的呢?實(shí)際上,這并不是什么未解之謎,在過去的日子里,科學(xué)家已經(jīng)揭開了其中的奧秘,下面我們就來了解一下。
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研究表明,在5000萬至6000萬年之前,北大西洋地區(qū)正處于劇烈的構(gòu)造調(diào)整階段,歐亞板塊與北美板塊正在分離,地殼被持續(xù)拉伸并產(chǎn)生大量深達(dá)地幔的裂縫,在這樣的情況下,富含鐵和鎂的玄武質(zhì)巖漿就沿著裂縫大量上涌,并以溢流式噴發(fā)的方式來到地球表面。
這些巖漿的黏度相對較低,能夠流動相當(dāng)長的距離,它們會像河流一樣向低處流動,而在那個時候,“巨人堤道”所在區(qū)域正好是一處低洼區(qū)域,因此大量的巖漿就在這里匯集,進(jìn)而形成了一個巨大的巖漿湖。
在噴發(fā)停止之后,這里的巖漿開始進(jìn)入冷卻階段,隨著溫度的不斷降低,它們逐漸凝固成了固態(tài)的玄武巖。
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這個過程可能持續(xù)了數(shù)十年的時間,由于當(dāng)巖漿凝固成固體時,其體積會發(fā)生收縮,因此對于這樣一個被圍限在古地形中的巖漿湖來講,體積的收縮就會在其內(nèi)部逐漸積累起應(yīng)力,而當(dāng)應(yīng)力超過巖石的抗拉極限時,巖體便會開裂。
最先冷卻的是暴露在空氣中的頂層表面,其表面開始出現(xiàn)裂紋,這種開裂的初始形態(tài)是隨機(jī)的,類似于干涸河床上的泥裂,但隨后的演化卻逐漸呈現(xiàn)出規(guī)律性,它們會自發(fā)進(jìn)行“幾何優(yōu)化”,趨向于形成規(guī)則的六邊形。為什么會這樣呢?
其實(shí)這是一個應(yīng)力平衡的結(jié)果,簡單來講就是,相鄰六邊形的邊以120度角相交,當(dāng)三個六邊形共用同一個頂點(diǎn)時,三個120度角的合力為零,即該點(diǎn)處于完全的力學(xué)平衡狀態(tài)。
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相比之下,三角形、四邊形和五邊形的頂點(diǎn)無法實(shí)現(xiàn)這種各向同性的應(yīng)力分布,因此,六邊形是在二維平面上極為高效的應(yīng)力釋放結(jié)構(gòu)。而根據(jù)能量最低原理,這些裂縫就自然而然地趨向于形成六邊形裂紋。
當(dāng)然了,趨向于形成六邊形并不代表一定會形成,在其形成過程中,由于一些干擾因素的存在,它們也會形成少量的其他形狀,例如四邊形和五邊形。
表層形成裂紋網(wǎng)格后,巖漿的冷卻和凝固會一直向下推進(jìn),在此過程中,裂紋尖端會沿著最薄弱的路徑延伸,也就是沿著已有的裂紋方向垂直向下(這個過程有點(diǎn)像劈柴時,裂紋會順著木紋的方向走)。
就這樣,隨著這種自上而下逐漸凝固,裂紋也隨之向下貫穿,最終把整層玄武巖分割成一根根近乎垂直于地面的柱狀結(jié)構(gòu),由于它們是在冷卻過程中逐段形成的,因此在柱體表面,我們通常還可以看到一些橫向的節(jié)理紋路。
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在接下來的幾千萬年時間里,隨著地殼的緩慢抬升,原本被埋藏在地下的玄武巖層逐漸暴露在地表,然后地球表面的水力、風(fēng)力等自然力開始接管后續(xù)的“建造”工作。
它們會沿著石柱之間天然存在的節(jié)理不斷侵蝕,在此過程中,松散或結(jié)構(gòu)不完整的巖石被優(yōu)先剝蝕,而一部分致密、規(guī)則的柱狀玄武巖則保留了下來,在漫長的時間里,它們在不同高度被截?cái)啵M(jìn)而呈現(xiàn)出了高低參差不齊的石柱林地貌,而這就是我們現(xiàn)在所看到的“巨人堤道”。
值得一提的是,這種六邊形柱子并不是“巨人堤道”獨(dú)有,實(shí)際上,它們在地球上的其他地方也有分布,只不過沒有表現(xiàn)得那么整齊和壯觀。
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科學(xué)家甚至發(fā)現(xiàn),在遙遠(yuǎn)火星上,也存在著類似的地貌(如上圖所示),而這也意味著,火星在很久以前,也曾經(jīng)像地球一樣存在著活躍的地質(zhì)運(yùn)動。
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