为什么在太阳系中只有地球才有花岗岩
Why do Granites Only Form on the Earth in Our Solar System？
撰文丨吴福元
单位：中国科学院地质与地球物理研究所
吴福元，中国科学院地质与地球物理研究所研究员，博士生导师，中国科学院院士
一般来说，太阳系模型都是不成比例的，但不妨碍我们对其成员和运动情况的了解（图片来自花瓣网）
太阳系是由包括地球在内的九大行星所组成的，其中地球以蓝色的海洋和绿色的大地而区别于其他行星。从地球科学的角度来说，地球还有很多区别于其他行星的地方，其中花岗岩就是一例。
花岗岩的用途多种多样，图为韩国设计师Kim HyunJoo设计的花岗岩落地灯（图片来自花瓣网）
我们大家都很熟悉花岗岩，它是地球上的一种重要岩石类型。我们很多的风景区实际上就是花岗岩地貌，如安徽的黄山 （图1左）、九华山和天柱山、江西的三清山、山东的泰山与崂山、辽宁的千山、陕西的华山等。我们很多的石材也是花岗岩的，比如国家大剧院装饰用的“夜玫瑰”（图1右） 就是产于山西的一种花岗岩。
当然，花岗岩还与众多的矿产有联系。我国华南钨锡矿的形成就与花岗岩关系密切。实际上，我们人类使用的许多金属矿产都与花岗岩有关。
黄山花岗岩风景及著名花岗岩石材（夜玫瑰）
花岗岩呈现各种各样的颜色，并具有不同的特征。但从矿物学上来说，它主要由浅色的以硅铝为主要元素的长石 （包括斜长石和钾长石）和石英组成，含少量以铁镁为主要元素的云母与角闪石。地质学家通过百余年的研究发现，花岗岩是组成地球大陆地壳的重要岩石类型；而大洋地壳则与大陆地壳不同
[1]，它主要由斜长石和镁铁质含量高的辉石和橄榄石等暗色矿物组成，在岩石类型上主要为玄武岩（喷发到地表的火山岩）和辉长岩（侵入到地下的岩浆岩）。
花岗岩分布于陆壳，玄武岩则分布于洋壳。花岗岩的密度明显小于玄武岩。（图片来源于网络）
那么，为什么只有大陆上才有花岗岩呢？
要回答这一问题，我们还需要了解花岗岩的形成过程。我们说，地球是由内部的地核、外部的地幔和表层的地壳所组成，其中大陆地区地壳的平均厚度大约在40km左右
[2]。地球在初始形成时并没有地核、地幔和地壳之分，但随着地球的演化，其内部要发生熔融。由于地球的初始物质是富铁镁的，它的熔融只产生玄武质岩浆，形成类似于大洋成分的地壳，但当玄武质岩石再次发生熔融时，它就形成了以硅铝为主要组分的花岗岩，花岗岩的密度要明显小于玄武岩。
这样，随着地球上大洋板块的俯冲，密度较大的洋壳俯冲进入地幔，而以花岗岩为主要组成的大陆便能长期保留下来。目前见到的大洋地壳，年龄都小于2亿年，而大陆地壳则可老至40亿年。且随着时间的进行，保存的大陆地壳又多次被熔融，使其成分不断向硅铝质增多的方向进行，而残留的镁铁质物质可以通过适当方式返回地幔[3~5]。这种过程反复进行，使地球的大陆地壳不断向稳定的方向发展。可以说，花岗岩的多少是衡量地壳发育程度的重要岩石学标志。
板块俯冲，密度较大的玄武岩洋壳进入地幔，而以花岗岩为主要组成的大陆便能长期保留。（图片来自网络）
根据目前人类所掌握的资料，太阳系内其他行星并没有发现有花岗岩的存在；或者说，花岗岩是地球区别于太阳系内其他行星的重要岩石学标志。这一情形的出现实际上也是与这些行星的演化程度和历史有关。正如前面叙述的那样，花岗岩是地壳演化程度的岩石学指标，正是由于这些行星的地壳演化程度较低，才没有出现地球上出现的花岗岩。如月球，它是除地球以外人类研究较多的另外一个星体。
花岗岩是地壳演化程度的岩石学指标。行星地壳演化程度低，因此无法出现地球上出现的花岗岩（图片来自网络）
从月球陨石和月球返回的样品发现，月球上不存在花岗岩，或者说，花岗岩极为少见。其主要原因是因为月球在经历了早期的岩浆海阶段后便“死寂”了，除了偶尔有陨石来访外，月球上目前不存在什么地质活动。
月球岩浆海阶段后进入死寂阶段，没有发生地壳的分异，整个球体以玄武岩为主（图片来源于网络）
其他天体不存在花岗岩的另一个重要原因是水。在所有的地质过程中，水起着十分重要的作用，如果没有水，所有的岩石都很难发生熔融。而水加入到岩石中以后，可显著降低岩石的熔点，进而使其发生熔融。所以，水是形成花岗岩必不可少的重要组分[6]。地球正是由于水的存在，才使大量花岗岩的出现成为可能，而这是其他星体所不具备的。
水降低了岩石的熔点，进而使其发生熔融。是岩石圈花岗岩和玄武岩分异的必不可少的助力（图片来自网络）
那太阳系外的其他天体中是否也都不存在花岗岩呢？我们现在还不能给出确切的答案。但这一问题十分重要，因为只有演化成熟的天体才有可能出现类似地球上的生命，而寻找到地球以外的生命一直是人类孜孜以求的梦想。
（选自10000 个科学难题·地球科学卷）
参考文献
[1] Pitcher W S. The Nature and Origin of Granite. London: Chapman & Hall, 1997, 1?387.
[2] Christensen N I, Mooney W D. Seismic velocity structure and composition of the continental crust: A global view. J. Geophys. Res., 1995, 100: 9761?9788.
[3] Wedopohl K H.The composition of the continental crust. Geochim. Cosmochim. Acta,1995,69:1217?1232.
[4] Rudnick R L. Making continental crust.Nature,1995,378: 571?578.
[5] Gao S, Zhang B R, Jin Z M, Kern H, Luo T C, Zhao Z D. How mafic is the lower continentalcrust? Earth Planet. Sci. Lett., 1998, 161: 101?117.
[6] Campbell I H, Taylor S R. No water, no granites-no oceans, no continents. Geophys. Res. Lett.,1983, 10: 1061?1064.
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