三大类岩石的互相转化与圈层互相作用

前面已经提到的沉积岩、岩浆岩和变质岩是地球上组成岩石圈的三大类岩石，它们都是各种地质作用的产物。然而，当原先形成的岩石一旦改变其所处的环境，岩石将随之发生改造，转化为其他类型的岩石(图9-7，9-8)。

在地下形成的岩浆岩、变质岩与沉积岩，当处在地壳隆升地区时，由于上部岩石被剥蚀，它们就可能出露到地表面，在大气圈、水圈与生物圈的共同作用下，经过风化、剥蚀、搬运作用而变成沉积物;在地壳下降地区，持续的沉积作用使上覆沉积物不断加厚，埋藏到地下浅处的沉积物就能硬结成岩———重新形成沉积岩。沉积岩一般只能保存在温度低于200℃、静岩压力低于200MPa的环境中，超过上述的温压条件，如继续下沉到深处，沉积岩就有可能变成岩浆岩或变质岩。

图9-7 岩石圈内部温度、静岩压力变化与三大类岩石的形成

图9-8 三大类岩石的互相转化

如第八章所述，固体地球(包括岩石圈)随着深度的加大，温度、静岩压力都在加大。在岩石圈内，温度从地表温度向下可以增高到1000℃左右，静岩压力从地表的0.1MPa(即1个大气压)可增加到1200MPa。如果仅仅考虑岩石圈内温度可达到1000℃左右这一因素，地表所见的绝大多数岩石，在岩石圈下部都应该熔化成为液态，即变成岩浆。然而，在岩石圈下部静岩压力要比地表高出1万多倍，因而限制了岩石内各质点的热运动，使它们继续牢牢地被锁定在晶格内，故通常岩石仍呈现为固态。但在岩石圈内个别地段，由于局部减压或升温，晶格内本来就处在不稳定平衡状态下的物质，很容易使得任何一种先存的岩石被熔融而成为液态的岩浆。实际上，当温度高于700～900℃，一旦发生构造活动，产生局部压力减小的部位，任何一种先存的岩石都可能发生部分熔融，出现液态的岩浆。由于岩石圈上部围压较小，岩浆总是向上运动，逐渐降低温度、成分复杂化，当达到凝固温度时，冷凝后形成的岩石，就形成岩浆岩。

岩石圈内任何岩浆岩、沉积岩或变质岩，当它们运移到温度较高(700～200℃)、静岩压力较大(几百到上千兆帕之间)、具局部定向压力(即构造应力)或富含地内流体的部位时，即使没有异常高温、也没有异常减压，岩石尽管仍可基本上保持固态，但其物质成分或结构、构造却发生了很大的变化，就可发生相应的变质作用，形成一种新的变质岩。

综上所述，三大类岩石的形成，基本上是因组成岩石圈的物质处在不同的环境中，主要是物理状态的差异所决定的(图9-7)。岩石圈内的三大类岩石是完全可以互相转化的(图98)，它们之所以不断地运动、变化，完全是岩石圈自身动力作用以及岩石圈与大气圈、水圈、生物圈、软流圈等圈层相互作用的缘故。在这个不断运动、变化的岩石圈内，三大类岩石一再地转化，使岩石呈现出复杂多样的变化。被我们所观察的岩石，都是一种暂时存在的形式。尽管在短时间内和在某一种环境中，岩石可以表现出相对的稳定性，但是从长时间尺度的地质历史来看，岩石圈里的岩石都是在不断地变化着的。永世不变的岩石是不存在的。

岩石圈的物理状态不仅决定了三大类岩石的形成，而且也决定了三大类岩石的空间分布。三大类岩石在岩石圈内的分布数量是很不相等的。在大陆及其邻近海域的岩石圈表层，沉积岩覆盖区约占总面积的70%，岩浆岩约占20%，变质岩仅占10%左右。如果从全球岩石圈表层总面积来看，大洋底部几乎都被玄武岩所覆盖，岩浆岩出露面积占全球总面积的76%以上，而沉积岩仅占20%多一点，变质岩则不足4%。然而，如果从100多千米厚的岩石圈的总体积来看，沉积岩仅产在大陆岩石圈表层，约占总体积的5%，岩浆岩约占35%，变质岩则占60%左右(图9-9)。上述数据说明，三种成岩作用在岩石圈内的分布数量和部位是很不相同的。如果从岩石圈的物理状态来认识三大类岩石在岩石圈内极不均匀的分布，便很好理解。在大陆及其邻近海域的岩石圈表层，沉积岩覆盖区能占到总面积2/3以上，是因为大陆的主体部分现在是处在地壳上升的状态，风化、剥蚀、搬运和沉积作用主要发生在大陆及其邻近海域的岩石圈表层。到了岩石圈深部，沉积岩就很难保持原状，通常会变成岩浆岩或变质岩。再从全球岩石圈表层来看，由于海洋面积占全球表面积的70%以上，大洋底部几乎都被玄武岩所覆盖，因而岩浆岩的出露面积在全球岩石圈表层所占的分布面积最大。对于岩石圈深部而言，因为在高温、高压的固态环境中，只有变质岩才是最容易形成的，并保持相对稳定，所以对于整个岩石圈而言，变质岩必然是最多的。

图9-9 三大类岩石在岩石圈内的分布