奇巧天工的石柱群

劉寧

云南騰沖，山水綺麗，風(fēng)光秀美。在騰沖縣曲石鄉(xiāng)境內(nèi)，有一處神秘的神柱谷，周圍層巒疊嶂，山間有許多奇特的大型棱柱狀石塊，截面呈規(guī)整的五邊形或者六邊形。這些石柱緊密地挨在一起，順著山勢(shì)一路蔓延，好像周圍的山都是由這些石柱堆疊而成一樣。

這些石柱排列工整，形狀也比較統(tǒng)一，它們到底是哪里來(lái)的呢？如此大規(guī)模的石柱群究竟像埃及金字塔或者雄偉長(zhǎng)城上的巨型磚塊一樣，是人工雕琢打磨，用于建造大型建筑的材料？還是天外飛石，或者外星人留下的神秘結(jié)構(gòu)？

地理學(xué)家來(lái)此考察，給出了答案。原來(lái)這些神秘石柱，竟是大自然的奇巧天工，這是典型的玄武巖柱狀節(jié)理。

如何構(gòu)造出這些“神柱”？

節(jié)理，指巖石在自然條件下形成的裂紋或裂縫。而柱狀節(jié)理是指緊密排列的多棱垂直節(jié)理，大部分截面是多邊形，從三邊形到八邊形不等，其中以六邊形截面節(jié)理最為常見。節(jié)理的截面直徑從十幾厘米到3米不等，高度可達(dá)30米，棱柱通常平行排列，柱身多為直線型，也有部分棱柱呈曲線型。

柱狀節(jié)理是由火山巖漿噴發(fā)過(guò)程中的冷凝收縮作用形成的，在收縮過(guò)程中會(huì)受各種因素綜合影響。

火山巖漿噴發(fā)時(shí)的溫度約為1200℃，當(dāng)基性巖漿冷卻至800～900℃時(shí)，就會(huì)圍繞若干凝結(jié)中心向內(nèi)收縮，從而形成垂直于凝結(jié)面的裂隙，把巖石分割成多邊形柱狀體。

不過(guò)，熔巖凝結(jié)收縮，為什么就會(huì)形成特殊的多邊形棱柱呢？這其中少不了貝納爾對(duì)流的功勞。

1990年，法國(guó)學(xué)者貝納爾發(fā)現(xiàn)，在熱傳導(dǎo)不平衡的時(shí)候，流體中會(huì)發(fā)生奇特的對(duì)流，可以肉眼觀察到因?qū)α鳟a(chǎn)生的六角形圖案。

在大型柱狀容器內(nèi)充滿液體，讓液體的上表面和底面分別接觸溫度不同的熱源。當(dāng)液體上下接觸的熱源溫度差不大時(shí)，液體保持靜止，熱量通過(guò)熱傳導(dǎo)的方式穩(wěn)定傳遞。一旦上下液面熱源溫度差超過(guò)某一臨界值，液體就會(huì)因熱傳導(dǎo)失穩(wěn)而開始流動(dòng)。從上面俯視容器，會(huì)發(fā)現(xiàn)液體表面出現(xiàn)蜂房狀的六邊形網(wǎng)格狀結(jié)構(gòu)。這就是貝納爾對(duì)流，而對(duì)流所形成的六邊形水花結(jié)構(gòu)就是貝納爾對(duì)流圖案。

節(jié)理石柱群是在融化巖漿從地下噴涌而出的過(guò)程中形成的。在融化巖漿的冷卻過(guò)程中，存在著貝納爾對(duì)流這樣不穩(wěn)定的對(duì)流現(xiàn)象。巖漿由地下噴涌而出，其表面冷卻時(shí)在巖漿中形成了不穩(wěn)定的熱邊界層，在邊界層中出現(xiàn)了具有六邊形結(jié)構(gòu)的貝納爾對(duì)流，凝固后就形成了如騰沖“神柱”這樣典型的多棱石柱群。

神柱的“兄弟”遍天下

除了云南騰沖的石柱群，像這樣的節(jié)理石柱在世界許多地方都有分布，例如福建省漳州市南碇島、韓國(guó)濟(jì)州島、亞美尼亞加尼谷、蘇格蘭斯塔法島的芬格爾洞、印度孟買吉爾伯特山等等。其中，美國(guó)懷俄明州的惡魔塔和北愛爾蘭安特里姆郡“巨人之路”兩處最富盛名。許多這樣的石柱群出現(xiàn)在海邊，除了長(zhǎng)年的冷卻收縮以外，還要經(jīng)受海浪沖擊和腐蝕的雕鑿，從而使排列整齊有序的六邊形棱柱群更為奇巧壯觀。endprint