澳大利亚艾尔斯巨石成因是什么？ 第1页

艾尔斯巨石，声名显赫，常作为澳洲的地理名片。

因其极具视觉冲击力的外观，荣登许多地貌学专著的封面，妥妥的封面明星。

其成因如何？

本文尝试从地质学角度回答这个问题。

探索艾尔斯巨石的形成过程，需要从3个方面入手：

1. 物质基础：地层沉积阶段，形成抗风化能力不同的岩层；

2. 内动力机制：褶皱构造和地壳抬升；

3. 外动力机制：差异风化，抗风化能力强的岩石得以保留。

内容较长，结论先行：

简言之， 艾尔斯的岩性是长石砂岩，是近距离剥蚀搬运、快速沉积的沉积岩。

艾尔斯所处的Amadeus盆地形成于9亿年前，在距今约9-3亿年内断断续续沉积了巨厚的、抗风化能力不同的、产状水平的地层。

与艾尔斯岩石相关的沉积事件，缘起自5亿年前Petermann造山事件，造山带剥蚀的物质被河流带入盆地，近源沉积形成抗风化能力强的长石砂岩，即构成艾尔斯的岩石。

距今约3亿年前，Alice Springs构造运动使原本水平的地层褶皱变形，艾尔斯及其上下相邻的岩层由水平状态弯折为近直立，并且抬升至地表。

经历亿万年的差异风化作用，能干性弱的岩石被剥蚀殆尽，抗风化能力强的艾尔斯被保留了下来。

正文开始：

1. 引子：乌鲁鲁简介

艾尔斯岩（Ayers Rock），又名乌鲁鲁（Uluru）（坐标：25°20′42″S，131°2′10″E），位于乌鲁鲁-卡塔丘塔国家公园内。

艾尔斯岩，号称世界七大奇景之一, 被联合国科教文组织确定为世界自然和文化保护遗产,

美国《国家地理杂志》甚至将其列入地球上“51 个一生中必须看一次”的著名旅游地。

艾尔斯这个名字起于1873年，是一个名叫William C. Gosse的地质勘探员给起的，以当时南澳州省长亨利·艾尔斯( Henry Ayers) 的名字命名。

艾尔斯岩是殖民者的称呼，澳洲的原住民称之为乌鲁鲁（相聚相会的地方），因此我们下文称之为乌鲁鲁。

乌鲁鲁高约348米，超过了美国自由女神像、巴黎埃菲尔铁塔和埃及胡夫金字塔的高度。

长3600余米，基围周长约9.4千米，常被认为是世界最大的整块单体岩石，但其实位于西澳的奥古斯特斯山（Mount Augustus）的体积是它的2.5倍，因此乌鲁鲁应坐第二把交椅。

不过乌鲁鲁的名气更大，几乎成为澳大利亚的自然地理标志。

如下图介绍的是澳大利亚地理，乌鲁鲁被单独拎出来介绍。

乌鲁鲁通常会被称为巨石，这种叫法有些含糊不清。

按照地质学的术语，乌鲁鲁是一座孤山，或称为残山，是原始山脉经历缓慢侵蚀后残留的孤迹。

乌鲁鲁的显著特点是其均匀性，岩层缺少节理和断裂，因而表面很少能见到碎石坡和浮土层。

其较强的抗风化能力，决定其能够像孤岛以上独立于大漠，而周围的岩石被岁月侵蚀。

地质学家通常将构成乌鲁鲁的岩层称为Mutitjulu长石石英砂岩，是一种富含矿物长石的粗粒砂岩，它是填充Amadeus盆地的众多沉积地层之一。

2. Amadeus盆地——孕育乌鲁鲁的胚胎

乌鲁鲁位于Amadeus盆地西南角。

Amadeus盆地，南北皆为山脉，构成两山夹一盆的格局。

类似中国的塔里木盆地，北有天山，南有阿尔金-喀喇昆仑山。

Amadeus盆地，北为Alice Springs山，南为Petermann山。

中国构造运动频繁且复杂，

天山、阿尔金山、喀喇昆仑山在几亿年前已经成山，被后来风化作用剥蚀殆尽，

但是近几千万年的构造运动又将它们抬升到现在的高度。

澳大利亚的地质情况截然不同，

澳大利亚是一块古老的克拉通，相当稳定，地质活动弱。

Petermann Orogen形成于距今大约五亿年前，为乌鲁鲁岩石的形成提供了物质来源；

Alice Springs Orogen形成于距今大约三亿年前，为乌鲁鲁岩层的变形、抬升提供了动力来源。

在随后的亿万年里，没有太多剧烈的构造活动，风化作用占据了主导。

Petermann Orogen和Alice Springs Orogen本为高山，昔日万仞高冈，今已满是风霜之色，低矮的山包如大漠中的荒冢，早已雄风不在。

但是关于它们的往事，留在了Amadeus盆地巨厚的沉积岩中，为地质学家所解读、破译，传扬后世。

3. 山-盆的源-汇过程

据研究，早在9亿年前，Amadeus盆地便形成，

这是个多旋回沉积-构造叠合盆地。

一层层沉积物逐渐汇聚、累积于此，断断续续一直到3亿年起才结束沉积历史。

此间或连续沉积，或有几百万年抬升地表，沉积间断。

有时，Amadeus盆地是收集沉积物的浅海；

有时，沉积物抬升，浮出水面，残留的海水蒸发留下析出的盐，后来成为盐岩；

在寒冷的时期，留下了冰川相关的沉积物；

在温暖的时期，留下层层盐岩、膏岩等蒸发岩和红色的泥岩；

有时，盆地离山较远，地质作用温和平静，河流经过长距离的搬运，将较细的沉积物汇聚到盆地内，形成颗粒极细的泥岩、页岩或粉砂岩；

有时，构造作用较强，盆地靠近造山带，

构造-气候作用将山上的碎屑剥露，由河流、洪水搬运到盆地内，

此时，由于搬运距离较短，剥蚀作用强烈，碎屑物只能离物源区较近堆积。

因此形成了分选、磨圆较差的岩石，

构造乌鲁鲁的岩石便是这种成因。

4. Petermann造山运动——物质来源

约五亿年前，发生了被称为Petermann造山运动的构造事件。

乌鲁鲁南部Petermann山的花岗岩被剥露出地表，成为了构成乌鲁鲁岩石的物源来源。

因此，组成乌鲁鲁的岩石从这时开始沉积。

组成乌鲁鲁的岩石被称为Mutitjulu长石石英砂岩，其特点是颗粒磨圆、分选较差，且含较多长石，这是近源、快速堆积的标志。

大约5亿年前，一片浅海再次覆盖了该地区。

构成乌鲁鲁的Mutitjulu长石石英砂岩逐渐被沙子和泥土以及海洋生物的遗骸所覆盖。

这些沉积物形成的岩石，抗风化程度较弱，

数亿年来他们越积越厚，将下面的Mutitjulu长石石英砂质沉积物压实成为坚硬的岩石。

它们一直守护着构成乌鲁鲁的Mutitjulu长石石英砂岩，直到自己的生命尽头，

而乌鲁鲁之所以能出露，还要归功于第二次造山作用。

5. Alice Springs造山运动——动力来源

大约3亿年前的Alice Springs造山运动使Alice Springs山隆升，

也使乌鲁鲁南部的Petermann山焕发第二春——活化、抬升，古老的造山带被激活。

位于两山之间的Amadeus盆地被压缩、褶皱、断裂、抬升，使该地区升至海平面以上。

乌鲁鲁Mutitjulu长石石英砂岩原本是近乎水平的地层，

而现今露出地表的乌鲁鲁岩石，它的层理近乎直立。

将水平的地层弯折成直立，这样的构造叫褶皱，

Alice Springs造山运动正是这双上帝之手。

造山运动通过水平挤压盆地内的地层，水平的地层抵抗不住强大的力，

只能发生缩短和弯折，便形成了如图所示的向斜褶皱，

这图，这种褶皱样式被成为斜歪向斜褶皱。

但是，事情如果仅仅发展至此，乌鲁鲁只不过是夹在众多沉积岩层中的厚层砂岩而已，

无法出露头角，无法引人注目。

完成最后塑形的是外动力地质作用。

6.差异风化作用——鬼斧神工、完成塑形

乌鲁鲁Mutitjulu长石石英砂岩上下都有沉积岩，

但正如前文所述，上下的沉积岩抗风化作用较弱。

自然界的风化作用一向是欺软怕硬，

风化作用往往会先将软弱的岩石侵蚀掉，

留下抗风化能力较强的坚硬岩石。

这一过程叫作差异风化作用，在自然界极为常见。

先捡着软柿子捏，所以乌鲁鲁上下的地层的侵蚀速度远大于Mutitjulu长石石英砂岩。

因此，向斜褶皱两端坚硬的、抗风化的Mutitjulu长石石英砂岩逐渐显露。

风化剥蚀过程是缓慢、持续的，受到气候变化的影响，风化作用的强弱也不同。

大约6500万年前，两块岩石之间形成了一个宽阔的山谷，部分充满了河沙和沼泽沉积物，包括薄薄的煤层。当时气候潮湿。

直到在过去的50万年里，气候变得更加干燥，一层薄薄的风沙覆盖了沉积物。

这也与澳大利亚持续向北、向赤道的漂移有关。

乌鲁鲁周围的岩石剥蚀殆尽，逐渐为现今我们看到的样子，这种侵蚀现在仍然以较慢的速度继续。

其实，乌鲁鲁并不孤独，因为他还有个同伴——卡塔丘塔。

7. 乌鲁鲁和卡塔丘塔——兄弟or邻居？

关于乌鲁鲁成因最大的争议可能在于，其与卡塔丘塔（Kata Tjuta）是否“本是同根生”。

我们上述解释过程是将二者作为向斜褶皱的两翼。

乌鲁鲁和卡塔丘塔是延伸到地下深处的巨大岩石板的可见尖端。

但这种解释是由争议的，因为有学者认为二者并非同根。

因此，就有“同根生”和“非同根生”两种解释。

乌鲁鲁和卡塔丘塔的不同主要体现在两方面：

（1）岩性不同：

乌鲁鲁由长石石英砂岩组成，是一种富含矿物长石的粗粒砂岩。

卡塔丘塔岩石是砾岩，由鹅卵石，鹅卵石和巨石组成，由沙子和泥土粘合而成。砾岩也是一种沉积岩。

岩性的不同，“同根生”的支持者可以将之解释为乌鲁鲁和卡塔丘塔是同一沉积过程，但分属于不同的沉积相所致。例如，冲积扇的不同部位，岩性相差较大。

目前对于二者年代学的研究，起码可以证明二者沉积的时间接近，或许一致。

“非同根生”的支持者的解释就简单了，二者可能并非同一套的沉积岩。

（2）产状不同

乌鲁鲁砂岩的层理产状近直立。

卡塔丘塔砾岩仅从水平方向倾斜约15-20°。

“同根生”的支持者认为二者分别归属于斜歪向斜褶皱的两翼。

“非同根生”的支持者认为构造过程更为复杂，他们承认褶皱的存在，此外还强调了断层的作用。

他们认为：乌鲁鲁和卡塔丘塔并非同一套沉积岩，卡塔丘塔是距离造山带更近的沉积物，是冲积扇沉积，乌鲁鲁相对距离略远，是一套河流相沉积物。

乌鲁鲁经历了褶皱和断层作用抬升剥露地表，而卡塔丘塔经历的构造作用稍弱，以单斜为主，因此产状较缓。后期都经历了差异剥蚀。

造成两种成因分析的主要原因是缺少精细的深部资料，由于地表可见的地质露头太少，对于二者深部联系的研究程度受限，不过，随着地球物理探测的增加，对于“非同根生”解释似乎逐渐成为主流观点。

但是无论是哪种成因，都不影响我们对乌鲁鲁成因的理解。

8. 乌鲁鲁的表面为何有许多凹坑？

远看乌鲁鲁，非常震撼，犹如天外来客。

近看乌鲁鲁，额……，你怎么满脸凹坑？

其实这些凹坑，在地质学中被称为“壶穴”，

因其内部形状像壶一样，口小腹大，因此得名。

其实我们经常能在一些基岩出露的河床，甚至在山顶，见到壶穴。

壶穴是如何形成的？

壶穴（Pothole）：通常指流水携带岩粒或砾石对基岩表面研磨钻掘而形成的凹坑。

流水既可以是河道的水, 也可以是山坡上的雨水与洪水,

由前者形成河道壶穴，

后者形成的称之为山坡壶穴或暴雨流壶穴，

乌鲁鲁巨石表面的凹坑，就是后者，是无数次暴雨流反复冲刷的综合结果。

乌鲁鲁山体裸露，没有植被和土壤。

每当夏季，它只能正面硬抗暴雨的侵袭。

雨水顺坡迅速汇聚，形成激流，冲携山坡上的砂砾与小石块,

对石坡上原先小幅度的洼凹之地，主要是节理与层理交界处或砾石经风化蚀变形成的薄弱部位的岩石，进行反复的磨蚀，形成一系列形态各异、大小与深浅不同的冲刷坑或壶穴。

例如下图中呈串珠状展布的壶穴。

后面的暴雨将山坡上新的砂砾与岩块冲进壶穴，

质量大的砾石沉在底部，对凹坑底部进行进一步研磨，不断加大凹坑的深度,；

质量较小的砂粒，容易随壶穴中的涡流对壶穴壁进行磨蚀，逐渐加大凹坑的直径。

雨停之后，积水还会对壶穴产生溶蚀作用，逐渐破坏、弱化壶穴底部和壁部的岩石，使之更容易被风化侵蚀。

上述地质过程，年复一年地反复进行，逐渐形成乌鲁鲁的壶穴。

近看乌鲁鲁中，其底部有很多被称为“袋鼠尾”的微地貌：

这些，是流水和风蚀，共同作用的产物。

附一张近景（这是一位在Alice Springs生活过的知乎朋友私发给我的图片，感谢分享 @Diwen ）

9. 乌鲁鲁为何爱变色？

乌鲁鲁还有一个特点，就是经常变脸。

据说，这块巨石，在一天内可以呈现出三、四种不同的颜色。

这是因为当地气温炎热( 夏季的平均温度为 37. 8℃ ，最高温度甚至达到过 46℃ ) ，

岩石中的铁几乎全部转变成三价的氧化铁，

山体的颜色随着太阳照射角度和天气的改变而变化。

当太阳从荒漠的边际冉冉升起时， 山体呈浅红色;

到中午， 则呈橙色;

当夕阳西下时， 山体则姹紫嫣红，在蔚蓝色的天空下犹如熊熊的火焰在燃烧;

至夜幕缓缓降临时， 它又呈神秘的黄褐色。

“我就是我，是颜色不一样的烟火”。

总结：

乌鲁鲁的岩性是长石砂岩，是近距离剥蚀搬运、快速沉积的沉积岩。

乌鲁鲁其所在的Amadeus盆地形成于9亿年前，在9-3亿年内断断续续沉积了巨厚的抗风化能力不同的产状水平的地层。

与乌鲁鲁岩石相关的沉积事件，缘起自5亿年前Petermann造山事件，造山带剥蚀的物质被河流带入盆地，近缘沉积形成抗风化能力强的长石砂岩，即构成乌鲁鲁的岩石。

距今约3亿年前，Alice Springs构造运动使原本水平的地层褶皱变形，乌鲁鲁及其上下相邻的岩层由水平状态弯折为近直立，并且抬升至地表。

经历亿万年的差异风化作用，能干性弱的岩石被剥蚀殆尽，抗风化能力强的乌鲁鲁被保留了下来。

流水和风蚀，使其表面遍布壶穴，给乌鲁鲁完成雕刻与塑性，呈现出现今的面貌。

整理总结不易，希望读到这里的朋友们多支持，多互动

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