羞耻地呼吸的个人博客分享 http://blog.sciencenet.cn/u/tidesung617 男儿宁当格斗死 何能怫郁筑长城

博文

夕阳之殇-变质岩石学家都城秋穗的故事 精选

已有 4319 次阅读 2018-3-14 11:57 |系统分类:人物纪事

         变质作用(metamorphism)的理念最初来自英国地质学家Hutton,但变质作用的概念却由法国地质学家Ami Boué1820年提出,此外法国地质学家Elie de BeaumontDaubreé还分别提出了接触变质作用(contact metamorphism)与区域变质作用(regional metamorphism)的概念。随着1870年德国在普法战争中的胜利,德国也取代了法国成为欧洲大陆的新科学霸主,以显微镜下观察薄片为核心的描述性岩石学(descriptive petrography)的黄金时代悄然来临。莱比锡的Harry Rosenbusch根据变质岩的结构/构造的变化将接触变质作用进行了区带划分,并认为片麻构造是由已存在的岩浆岩经动力变质作用(dynamometamorphism)而形成。说德语的奥地利与瑞士的地质学家注意到变质作用中的矿物变化受深度的影响,从而提出“深度带”的划分方案,最有影响的当属苏黎世Grubenmann浅成带、中成带、深成带的划分。1893年,自学成才的英国地质学家George Barrow观察了苏格兰高地的区域变质岩,注意到变质矿物的变化与距岩体的距离有关,夕线石、蓝晶石、十字石等含铝变质矿物可以作为变质分带的指示矿物,但Barrow的工作直到差不多30年后才引起人们的注意。由于斯堪的纳维亚(Scandinavia)半岛地表光滑,露头完好,且便于到达,是变质作用研究的理想场所,因此北欧的地质学家一时之间站上了舞台的正中央,他们使用了新颖的化学平衡的概念。挪威地质学家V.M.Goldschimdt第一次成功地把相律应用于变质矿物组合研究,并根据热力学资料计算了形成硅灰石的平衡曲线,这些研究都是划时代的。芬兰地质学家J.J. Sederholm注意到形成于前寒武纪的波罗的地盾大部分由结构复杂的花岗岩和片麻岩组成,从而提出混合岩(migmatite)的概念。他的学生Pentti Eskola在芬兰西南部发现了角闪岩相的平衡矿物组合,并提出了变质相(mineral facies)的说法。1960s,地球科学领域的革命表现为两方面,即板块构造的提出以及技术方法的进步。电子探针、微量元素和同位素地球化学、地质年代学、超高压实验等技术的提高大大拓宽了变质岩的研究范畴,使得P-T条件的测定更加精确,也解决了持续近200年的“花岗岩之争”(花岗岩是变质作用的原因还是变质作用的结果)。P-T-t的轨迹可用板块构造观点来解释,变质作用的构造意义完全被确定下来,日本地质学家都城秋穗(Akiho Miyashiro)所提出的双变质带(paired metamorphic belts)更是架起了变质地质学与板块构造格架之间的桥梁。今天我们就来说说都城秋穗,这位我在大学本科时期就有印象的变质岩石学家。

                      0_2009_0_71-2.jpg                        

都城秋穗及其夫人

都城秋穗,1920103日生于日本冈山县笠冈市,1943年东京大学地质系本科毕业,1952-1953年在哈佛大学学习研究生课程,1953年获得东京大学理学博士学位,1958-1968年,在东京大学任副教授,1967-1970年,为纽约哥伦比亚大学客座教授,1970年开始担任纽约州立大学阿尔巴尼分校教授,从此再也没有离开过那里。都城秋穗兴趣广泛,研究领域众多,包括变质矿物和变质岩、海洋和岛弧火山岩、蛇绿岩、全球构造以及陨石,大多数研究标新立异,具有开创性,并随后引发了一系列连锁研究效应,他在不同年代的研究兴趣及主要成果可以通过下图完美展现。在都城秋穗研究初期,他喜欢N. L. BowenP. Eskola所做的精确性与严谨性工作;但到了研究晚期,他开始喜欢R. A. Daly所做的创新性与不确定性工作。

都城秋穗主要研究成果(来自文献5)

变质相是指在一定的温度、压力和H2O的化学位的条件下,重结晶的一套变质岩组合,习惯上用主要矿物变化发生的界限来界定一个变质相。P. Eskola根据在苏格兰高地Barrow式带中指示性前进矿物的变化,将其依次划分为绿片岩相-绿帘石角闪岩相-角闪岩相-麻粒岩相,一时之间作为世界性标准被广泛应用。都城秋穗和他的同事在详细研究了日本及世界上特别是环太平洋区域的变质带后,发现在进变质作用区存在一套不同于苏格兰的变质相,并把一个与前进变化相当的系列(如绿片岩-绿帘石角闪岩-角闪岩-麻粒岩)称为变质相系。他辨别出三种不同类型的变质相系:1)绿片岩相-角闪岩相-麻粒岩相,2)绿片岩相-绿帘石角闪岩相-角闪岩相,3)蓝闪石片岩相-绿帘石角闪岩相(或绿片岩相)。从类型1)到类型3)压力依次增加,因此分别称为低压型、中压型和高压型变质相系,这和火成岩中拉斑、钙碱性和碱性系列的划分非常相似。都城秋穗进一步注意到在日本及环太平洋区域的许多其他部分,并排地分布着地质时代相似而性质绝然不同的两条区域变质带,一条是位于洋侧的高压带,一条是位于岛弧火山岩上的低压带,他将之称为“双变质带”,并认为双变质带的形成是大洋板块在岛弧和陆地边缘之下俯冲的结果。都城秋穗也看到世界上许多区域的变质带并不是成双的,如欧洲的海西带主要是低压型,阿尔卑斯带则是高压型,这可能与俯冲速度不够快,不足以造成高压变质作用有关。

          112833ngvod6gyblort8ot.jpg          双变质带成因示意图(来自文献1与3)

1967年,都城秋穗去了哥伦比亚大学拉蒙特-多尔蒂地质观测站(Lamont-Doherty Geological Observatory),开始研究洋中脊拉斑玄武岩,发现主要元素含量变化明显,如MgO为7-9wt.%,SiO2为49-51wt.%,这种变化可以用地壳浅部结晶分异的观点来解释。他还发现Al表现出两种变化趋势,一种为高Al趋势,Al2O3含量接近或超过17wt.%,另一种为低Al趋势,Al2O3含量为15-16wt.%,前者通常含有斜长石斑晶,后者则没有,推断前者是由后者在深度大约30km处分异而来,这在当时都是十分新颖的观点。后来的实验证明,前者是由含有斜长石的二辉橄榄岩部分熔融或者从大约25km处的无水条件下结晶分异而来;后者则是约20km处含H2O≈2wt.%条件下结晶分异的结果。

通过研究拉斑玄武岩,都城秋穗开始对岛弧火山岩感兴趣,他发现拉斑玄武岩系列(富Fe)和钙碱性系列(贫Fe)并没有被充分理解,区别也没有准确界定。他将许多有代表性的分析结果投于SiO2-FeO/MgO和FeO-FeO/MgO图上,并使用FeO/MgO比值作为结晶分异程度指标,因为这个比值在所有火成岩系列的早中期逐渐加大。投图后,他发现拉斑玄武岩系列和钙碱性系列并没有表现出分离的趋势,相反连续变化并呈多趋势,后来许多地质学家都用这个研究成果来区分拉斑玄武岩系列和钙碱性系列火山岩。但都城秋穗的划分方案不同于拉斑玄武岩系列和钙碱性系列的原始定义,且缺乏明确的物理意义,与成因更是扯不上关系。

曾几何时,传统观点认为塞浦路斯岛上的Troodos蛇绿岩是典型的洋中脊拉斑玄武岩(Mid-Oceanic Ridge Basalt,简称MORB)。根据大量的地球化学分析,都城秋穗第一次指出Troodos蛇绿岩形成于岛弧环境,为岛弧玄武岩(Island Arc Basalt,简称IAB)。观点一提出,哗然一片,遭到了许多权威地质学家的攻击,也引发了蛇绿岩是否只是起源于洋中脊的激烈讨论。事实终归是事实,随后的研究证实都城秋穗是正确的,许多地质学家纷纷掉转矛头,开始支持他的观点。实际情况则是,上部的枕状熔岩为IAB,而下部的枕状熔岩依然为MORB。在研究西太平洋区域的边缘海时,他注意到海洋地壳年代向北有逐渐变新的趋势,从而提出“热区”的观点。他解释到边缘海和其中的洋壳形成于“热区”之上,“热区”主要是由大规模地幔上隆而形成的,现在热区的观点已经被“地幔柱”的观点完全取代。

此外,他研究过几年陨石,并提出了有关陨石成因的独特见解。

1990年,都城秋穗在纽约州立大学阿尔巴尼分校退休了,依然对变质岩表现出如对初恋一样的兴趣,并准备写一本有关变质作用非平衡热力学方面的书籍。平时他和夫人Fumiko侍弄一个美丽的日本式小花园,里面种满了各种花草,一到夏天就发出沁人的芳香,他经常把花园的照片送给友人。他们还很喜欢四处旅行,并有机会爬上山头看风景。2008722日星期二,都城秋穗夫妇到阿尔巴尼附近的森林公园散步,为了拍摄到落霞美景,晚风吹拂下他沿着陡峭的悬崖一直向前……,他再也没有回到温暖的家中,再也没有吃到夫人做的喷香的饭菜,724日星期四,在一处悬崖底部警察发现了他的遗体,享年87岁。

都城秋穗是20世纪后半叶最伟大的岩石学家与地球科学家之一,尤其是他在变质作用领域的突出贡献及所著《变质作用与变质带》,成为一个时代的经典。他所提出的“变质相系”与“双变质带”的概念,将变质作用由以往局限于岩石本身的特点(矿物成分、结构构造)及其形成条件(变质相)的讨论,进入了讨论变质作用同地壳发展演化特点的联系,以便确立变质作用在整个地壳演化过程中的地位,从这点来说,都城秋穗也是板块构造的奠基者之一。时至今日,“双变质带”的概念虽然遭到了种种质疑,尤其是两者之间的时空关系,但是我们不应忽略它在变质作用发展道路上里程碑式的作用。变质岩相比沉积岩与火成岩,在地壳层面有着最为广泛的分布,它总能让我们想到“化蛹为蝶”,总能让我们想到“变革之风”,当环境改变时,你就得改变,无论你是岩石还是人类。

参考文献

1.都城秋穗著,周云生译,变质作用与变质带,1979,地质出版社

2.贺同兴、卢良兆、李树勋、兰玉琦编,变质岩岩石学,1980,地质出版社

3.Jacques L.R.Touret,Timo G.Nijland,Metamorphism today:new science,old problem, in David R.Oldroyd,The Earth Inside and Out:Some Major Contributions to Geology in the Twentieth Century,2002,113-142

4.Shigenori Maruyama,A tribute to Akiho Miyashiro:Introduction, Gondwana Rearch18(2010)1-3

5.Ikuo Kushiro,A note on the contributions of Akiho Miyashiro, Gondwana Rearch18(2010)4-7




http://blog.sciencenet.cn/blog-115490-1103848.html

上一篇:一汪深海藉平生Scott-世界著名经济地质学家(四十四)
下一篇:独自凭栏-岩石学家科尔任斯基的故事

10 黄永义 木士春 窦杰 朱志敏 吕洪波 杨小秋 信忠保 李正 冷永刚 高敏

该博文允许注册用户评论 请点击登录 评论 (6 个评论)

数据加载中...

Archiver|手机版|科学网 ( 京ICP备14006957 )

GMT+8, 2018-9-25 03:15

Powered by ScienceNet.cn

Copyright © 2007- 中国科学报社

返回顶部