老武閑談
甲城老武即老武，改名後更具唯一性。談田園生活，評曆史，談時事, 遊四方！
半個多月的冰島旅遊，本人旋風般的走遍了島上的很多地方，除了窺探這個地方的主要風景點外，也特別注意了沿途的一些地質現象。 但畢竟是家庭旅遊，不是地質考察，因此看到的地質現象實在有限，難免對冰島的地質的理解以偏看全。 本文將根據自己在這次旅行中拍攝到的照片整理出來，挑選出既有地質意義，也比較好看的照片和讀者們分享。 原本計劃一篇中等長度的文章，但在寫作中發現內容太雜，一篇文章的篇幅太重了，就分成上、下兩篇。 本篇集中介紹自己看見的陸上的大西洋中脊， 先從基本的地質知識開始，然後分區段展示照片。 下篇則介紹與大西洋中脊無關的火山岩，遠離大西洋中脊的古老火山岩層及沉積岩，柱狀的玄武岩及由地球外部的動力形成的奇特地貌。
(1) 地質基礎知識：地球的結構、地質年代及板塊構造
(1.1) 地球的內部結構與地殼上的岩石
地球的外表基本上是一個球形，兩極距地心的距離略比赤道到地心的距離短。 地球內部的結構呈圈層，由表及裏分為三層，分別是地殼，地幔和地核，如圖P1所示。 P1-b形象地描繪了這三個圈層及其它們的分界麵的大致深度。 地球內部圈層的劃分不是憑空想象的，也不是因為世界上某位有影響的政治人物或科學家大佬的一句話定下來的， 而是根據從來自全球地震網站觀測、記錄到的地震波反演出來的一係列不連續界麵。地震波的記錄除了發現地球內部的不連續界麵外， 也毫無疑問地表明，從地球表麵到地心，物質的密度明顯地增加。因此，關於地球的內部是空洞的說法完全是違反科學常識的。
地殼是地球最外的一個圈層，其厚度與其它圈層相比顯得微不足道，它的體積不到地球的百分之一。 地殼和地幔之間有一個很明顯的界麵，為莫霍洛維奇麵，簡稱莫霍麵。 莫霍麵是一個起伏的界麵，它的深淺決定了地殼的厚度。地殼有大陸地殼與大洋地殼兩種類型。 大陸地殼的厚度一般在30-50公裏範圍內，高原地區的地殼厚度又比平原地區大，青藏高原的喜馬拉雅地區的地殼厚度達70公裏以上。 大洋地區的地殼較薄，厚度在5-10公裏間，最薄的地方在大洋中脊。大陸地殼雖然比大洋地殼厚，但組成它的岩石矽和鋁的含量較高， 顏色淺，比重低；而大洋地殼的岩石的主要成分是鐵、鎂等金屬元素，顏色深，比重大，淺層的岩石基本上全是玄武岩。
地殼上的岩石根據它們的形成原因歸納為三大類， 分別是岩漿岩，也稱火成岩，沉積岩，也稱水成岩，和變質岩。 這三類岩石在漫長的地質曆史上周而複始地相互轉化和再生，岩漿岩，沉積岩和變質岩經過高溫熔融後可以形成新的岩漿岩； 同樣這三種岩石在地下經過高溫高壓，產生化學反應而改變礦物成分和結構轉化為變質岩；而岩漿岩，變質岩及其沉積岩， 在地球表麵經過風化、剝蝕，再經過水流或風力的搬運後再沉積，經過壓實膠結後轉化為新的沉積岩。
(1.2) 板塊構造理論簡介
經過無數地質學家幾百年的探索，一個科學論述全球構造演化機製的理論體係終於在20世紀60年代中期形成，這就是板塊構造理論。 板塊構造雖然繼承了20設計早期的大陸漂移的活動論觀點，但它不是大陸漂移學說簡單的翻版。 板塊構造的核心涉及到了地球圈層結構中沒有提到的兩個圈層，岩石圈(Lithosphere)與軟流層(Asthenosphere)。 岩石圈是地球表層比較剛性的一層，它包括了整個地殼和上地幔的一部分，而軟流圈則是岩石圈下比較柔軟的一個圈層。 所謂的板塊就是岩石圈在地球表麵呈現出的由特定的邊界區分出來的一個個區域，準確地說是板片。由於軟流圈的岩石處於朔性至半熔融狀態， 板塊在它的上方如同乘坐傳送帶一樣運動。板塊間的相互位置是在不斷變化的，它們的表麵麵積也是不斷變化的，圖P2是一個板塊構造的綜合模式。
板塊的邊界有四種，第一種是離散型的邊界(Divergent boundaries)，在這裏兩個板塊背向而去，新的洋殼從這裏誕生，圖P2中的大洋擴張脊(大洋中脊)， 屬於一個成熟的離散型的邊界；東非大裂穀是一個幼年的離散型的邊界；貝加爾湖是一個正在孕育中的離散型的邊界。 第二種板塊邊界是收斂性邊界(Convergent boundaries)，在這裏一個板塊插在另一個板塊的下麵，是板塊消亡的地方。 這類板塊邊界一般稱為俯衝帶(Subduction Zone)，有的是大洋板塊間的俯衝，形成一些火山島島鏈，如西太平洋上的菲律賓群島，日本島； 還有一種是大洋板塊在大陸板塊下的俯衝，在這種收斂性邊界往往會形成高大的海岸山脈，如南美州的安第斯山脈，美國西海岸的內華達山脈和喀斯喀特山脈(Cascade mountains)。兩個大陸板塊之間的相向運動的結果是板塊的碰撞，形成的邊界也叫縫合線。 雅魯藏布江一帶是印度板塊與歐亞板塊間的大洋消失殆盡後，兩個大陸板塊的縫合帶。 兩個大陸板塊直接碰撞結果是嚴重的岩石圈變形， 和世界屋脊的形成。 第三種板塊邊界是轉換邊界(Transform boundaries)， 即轉換斷層。 在轉換邊界上，兩個板塊相對位移，板塊既不增長也不減小。這類邊界多數是與大洋中脊相伴的， 從穀歌地圖中清楚可見(見圖片P4),陸地上最著名的是美國加州的聖安德烈斯斷層，是造成加州多數遭難性地震的元凶。 第四種板塊邊界嚴格地說是含糊的第二類邊界，叫板塊邊界帶(Plate boundary zones)，是一個夾雜有微板塊的廣闊的地帶，典型的例子是地中海與阿爾卑斯山。
板塊構造建立在現代科學調查的基礎上，它不是一種學說，而是科學。利用現代科學技術手段，板塊的擴張與消減的速率完全能夠實時監控和測量， 如大西洋中脊的平均擴張速率是每年2.5厘米，也就預示百萬年後現今中脊的兩側相距25公裏。
地球上的地質作用包括地震活動和岩漿活動主要集中在板塊邊界，在離散型的邊界岩漿的活動主要是含鐵鎂成分較高的基性岩， 火山岩多大多數是玄武岩，而在收斂性邊界的岩漿活動與在離散型的邊界岩漿活動有很大的不同，它們的主要成員是二氧化矽含量較高的中性岩和酸性岩。在岩漿岩裏，典型的中性的火山岩是安山岩，侵入岩是閃長岩；而酸性的火山岩是流紋岩，侵入岩則是花崗岩。 雖然岩漿活動絕大多數集中在板塊邊界，但板塊內部也有零星的岩漿活動，如處於西太平洋的夏威夷島鏈就處於太平洋板塊內部， 無法用簡單的大洋擴張或板塊俯衝來解釋。於是就有學者提出了一種假說， 認為有一縷從地幔甚至上部地核上升的溫度異常的物質流的，它們到達地麵後就成為熱點，導致岩漿活動。熱縷，也稱為地幔柱假設， 有效地解釋了解釋夏威夷及黃石公園的火山成因，近年來也被從全球地震網站中記錄的數據資料的計算機反演證實。
(1.3) 地質年代
談起地質話題，地質年代是一個繞不開的概念，有必要在這裏做些解釋。 研究地球的演化史，唯一的資料來源就是地球本身。對地球上的岩石， 尤其是對沉積岩和在它們中發現的古生物化石的研究則是建立地質年代的基石。 對於沉積岩岩層，一個無需證明的原理就是在正常情況下岩層的相對年齡下自而上俞來俞新。 如果將一個區域的地層通過對比排列起來，就可以建立起整個區域的地層序列。 事實上，一個區域的沉積岩層序通常是不完整的，但如果將全球所有地區的地層層序通過對比，就能建立起整個地球上岩石的序列表，也是就相對的地質年代。 地層中的古生物化石不僅對地球上生物的演化提供的物證，也為地層的對比提供了依據。地質學家們根據在在地層中發現的古生物種群的大爆發與大毀滅將 地層序列劃分為若幹個單位，這些單位由大到小有宇(Eonothem)， 界(Erathem)，係(System)和統(Series)。 統以下更有更小的單位，但對不從事地層、古生物研究的人沒有更大的意義。地層層序單位的名稱是以典型的發現地命名的， 如寒武係(Cambrian series)的名稱出自英國的威爾士，它的拉丁名是Cambria(寒武)，侏羅係(Jurassic Series)的名稱則來自歐洲阿爾匹斯山脈的侏羅山(Jura Mountains)。
自從發現了同位素測定岩石年齡的方法後，地質學家們就開始運用各種手段來確定各個地層單位的年齡下限和上限，這就有了絕對的地質年代。 地質年代的名稱與地層層序相同，但後綴單位分別為宙(Eon)，代(Era)， 紀(Period)，世(Epoch)，與地層單位的宇、界、係、統想對應，例如侏羅紀指的是時間，而侏羅係指的是地層的層位。 現在的地質年代由國際地質科學聯合會(the International Union of Geological Sciences, IUGS)的分支機構國際地層委員會(International Commission on Stratigraphy) 主導。統一的國際地質年代圖表，不僅規範了各地層單位的標準名稱， 避免了因地方特色而造成的不必要的困擾，也提供了當前對各單位的絕對年齡的上下限的測定結果。 此外， 地質年代表中標注各個地層/年代的顏色也是全球地質工作者製作地質圖時需要使用的統一顏色。 由此可見，地質年代的基石是地層層序的劃分， 而絕對年齡的測定則是定量化的輔助手段。 因此地質年代不是一成不變的，而是隨著研究的深入和新的發現而不斷更新的，目前最新的版本是v2018/07。
“紀”是最長用的地質年代單位，寒武紀是一個重要的地質年代界限，目前確定的開始時間的在541百萬年前，比它老的年代是隱生宙，也統稱前寒武； 寒武紀和它以後的年代是顯生宙，從老到新依次劃分為大家熟悉的古生代，中生代和新生代。 下圖P3是新生代的部分的詳細年代劃分，便於讀者在閱讀本文時參考，因為冰島的地質事件僅限於新生代。如果有讀者對完整的地質年代有興趣，可以從國際地質科學聯合會的官方網站 http://www.stratigraphy.org/ 查看與下載英文版。至於中文版，本人覺得百度百科裏由科普中國提供的地質年代的網頁論述很係統，全麵，值得推薦， 網址為https://baike.baidu.com/item/%E5%9C%B0%E8%B4%A8%E5%B9%B4%E4%BB%A3 。 值得一提的， 新的地質年代表取消了是過去一直使用的第三紀， 而將屬於原先第三紀的老第三世和新第三世分別升格為古近係(Paleogene)和新近係(Neogene)。因為本文引用的文獻圖表是在新的地質年代表發布之前的， 本文中的圖和文字仍然使用第三紀這一名稱，它在新的地質年代表中的位置為新近係。
(2) 冰島 - 全球上最獨特的天然地質實驗室
雖然沒有官方組織授予冰島這一榮譽，本人認為說冰島是一個名副其實的全球上最獨特的天然地質實驗室，不是之一， 而是唯一。 冰島是地球上最年輕的陸地，最老的岩石年齡才16個百萬年。 冰島是全球上唯一的露出水麵的大洋中脊。 到這裏可以實地觀察正在擴張的板塊邊界，還可以見識轉換型板塊邊界。 冰島也是全球上少有地幔柱的熱點出現的地方，而且還疊加在大洋中脊之上，也是研究地幔柱的一個好地方。冰島有全球最密集的活動火山，多樣的火山口，豐富的火山地貌形態，漂亮的玄武岩柱， 是地質學家們研究火山很多的天堂。
(2.1) 構造背景
一般讀者不需要專業的地質知識就能看出冰島是大洋中脊，隻要將穀歌地圖縮小到了全球的格局就一目了然了，圖P4和P5是本人從穀歌地圖中截下來的， 在縱向上貫穿大西洋南北的裂痕即是大洋中脊，而在橫向上將大洋中脊錯開的線條就是轉換斷層。 大洋中脊在冰島的陸地上並不是單一的一個裂穀帶，而是分成了東西兩支，圖片P6為冰島的地質構造的概要圖。 盡管大西洋中脊在冰島不是條單一的線狀，但島的西邊屬於美洲板塊，東邊屬於歐亞板塊是一個不爭的事實。 大西洋中脊在冰島的擴張速度南北部略有差別，北部在特奧內斯斷裂帶(Tjörnes Fracture Zone - TFZ)附近的擴張速度是每年1.79厘米，方向為N106.8E;而在南部冰島地震帶(South Iceland Seismic Zone - SISZ) 擴張速度是每年1.85厘米，方向為N104.8E； 整個冰島的平均擴張速度是每年1.8厘米，擴張的方向是N105.8E。 這種速度看起來很微不足道，但須知地質年代的基本單位是百萬年，地球的年齡在4500百萬年以上。 百萬年後撕裂後的同一地方相距18公裏，一億年後就相距1800公裏。
作為大洋中脊的冰島能夠從海麵下數千米的深處長高到海平麵以上，地幔柱起到了一個關鍵的作用，因為它所攜帶的物質流使熱點一帶地殼的上隆，這也是夏威夷群島高聳在海上的原因。 據推算，冰島地幔柱大致是圓形柱，它的深度至少在400公裏直徑約200公裏(也有人提出過300公裏)，溫度比周圍高，地震波的P-波和S-波速度較低，它在地表的大致位置已經標注在圖P6和P8中。 在冰島這個位置上的大洋中脊和疊加的熱點並不是最近才開始的事件，而是從大西洋從開始形成時就一直是這樣。 圖P7是一張從格林蘭到歐洲大陸的玄武岩流分布圖，可以看出從冰島西邊的格林蘭到東邊的法羅群島有一道高聳在海底的隆起，這就是昔日熱點的運動軌跡(這裏假設熱點的位置相對固定， 而熱點造成的異常高的地貌隨板塊的擴張而向兩側移動)。 從曆史的眼光看，今日的冰島隻不過是北大西洋中脊在熱點的作用下露出水麵的一個瞬間， 而沉沒在水下的格林蘭-冰島隆起和冰島-法羅隆起則是昔日的“冰島”。
值得注意的是大西洋中脊在冰島上不是一個簡單的線性條帶，而是分為三支。 RR, Reykjanes Ridge(雷凱恩斯洋脊); RVB, Reykjanes Volcanic Belt(雷凱恩斯火山帶); WVZ, West Volcanic Zone(西部火山帶); MIB, Mid-Iceland Belt(中部冰島帶); SISZ, South Iceland Seismic Zone(南部冰島地震帶); EVZ, East Volcanic Zone(東部火山帶); NVZ, North Volcanic Zone(北部火山帶); TFZ, Tjörnes Fracture Zone(特奧內斯斷裂帶); KR, Kolbeinsey Ridge(科爾賓西洋脊); ÖVB, Öræfi Volcanic Belt(厄爾菲火山帶); SVB, Snæfellsnes Volcanic Belt(西奈火山帶)。黑圈裏帶有字母的是背斜和向斜的縮寫，B 和 H 分別是 Borgarfjörður 和 Hreppar 背斜， S 和 H 分別為 Snæfellsnes(西奈) 和 Víðidalur 背斜。
- 關於冰島的地質，本人根據讀到的文獻資料和自己的觀察總結的幾個要點：
- 整個島嶼形成於24Ma(百萬年)，也就是始於中新世，已知的最老岩石的時代為16Ma
- 在東西方向上，兩端的岩石年代最老，中部較年輕，而活動的火山帶周圍的岩石最年輕。
- 整個島的岩石基本上全是岩漿岩，火山岩遍布全島，而侵入岩隻有在個別地方有露頭。
- 冰島也有少量的沉積岩，如果留心，在東、西峽灣地區可以看見。
- 大洋中脊表現為一個數十公裏寬的條帶，它們的外在特征是寬闊地麵凹陷，局部的地麵隆起和裂縫群，地熱和間歇泉出現在帶內或周圍。 雖然在某些熱門景點將某一條裂縫或溝渠標定為板塊的邊界， 但這僅是一個參考而已，切莫簡單、機械地套用。
- 對照圖P8和冰島的地圖，不難發現冰島上所有的雪山都是活動的火山口。 活動火山基本上都在板塊邊界上，尤其是呈線性排列的火山口串都在彰顯下麵岩石圈的擴張。
- 在冰島沿路看見的所有火山口都是第四紀形成的，多數為活動火山。古老的火山口都深埋的新的火山岩之下，隻能在剝蝕較深的穀了觀察到， 都不是遊客們的興趣點。
(2.2) 旅行照片中的大西洋中脊
去過冰島旅行的人都知道它跨越美洲和歐亞兩大板塊，到了位於黃金圈的辛格韋德利國家公園(Þingvellir National Park) 還恨不得一頭紮進Silfra看穿板塊擴張軸下麵的世界。 圖6是冰島及周圍的地質構造圖，圖8是冰島的活動火山係統和火山岩分布圖，及冰島熱點的大致位置。 本人在這次旅行中有幸拍到達了這些關鍵的地方並拍到了一些照片， 本篇將按圖P6中的RVB，WVZ, EVZ 和 NVZ順序分享一些照片。
1. Reykjanes, 2. Krýsuvík, 3. Brennisteinsfjöll, 4. Hengill, 5. Hróðmundartindur, 6. Grímsnes, 7. Geysir, 8. Prestahnjúkur, 9. Hveravellir, 10. Hofsjökull, 11. Tungnafellsjökull, 12, Vestmannaeyjar, 13. Eyjafjallajökull, 14. Katla, 15. Tindfjöll, 16. Hekla-Vatnafjöll, 17. Torfajökull, 18. Bárðarbunga-Veiðivötn, 19. Grímsvötn, 20. Kverkfjöll, 21. Askja, 22. Fremrinámur, 23. Krafla, 24. Þeistareykir, 25. Öræfajökull, 26. Esjufjöll, 27. Snæfell, 28. Ljósufjöll, 29. Helgrindur, 30. Snæfellsjökull.
冰島熱點的大致位範圍由黑色斷線構成的園圈標出,點線是南北火山活動帶的界線，值得一提的是編號28-30的活動火山係統位於西奈半島，與大洋中脊和熱點活動無關。
(2.2.1) 雷凱恩斯火山帶(Reykjanes Volcanic Belt, RVB)
雷凱恩斯半島，位於雷克雅未克西南，半島上除了機場外，還有一個有名的地方就是藍色瀉湖(Blue Lagoon)。 一般人都是去藍色瀉湖泡溫泉，然後又匆匆離去。我的重點在歐美大陸橋(Bridge America - Europe)，因為這也是一個重要的地標，據稱橋頭的東邊是美洲板塊，而橋頭之西是歐洲板塊。 原來做旅行計劃的時候低估了這一帶，隻留下了幾個小時的時間，然後又要去趕飛機。 其實這個地方值得留很長的時間觀察，因為這才是原汁原味的雷凱恩斯直接延伸到冰島陸地上的一段。 一踏上這裏就感受到了遍地黑乎乎的玄武岩，很新鮮，熱氣騰騰的地熱田宣示著活動的板塊邊界。
(2.2.2) 西部火山帶(West Volcanic Zone, WVZ)
西部火山帶是雷凱恩斯火山帶在東北方向的延伸，但這個活動帶不是一個簡單的條帶，而是一係列呈雁行狀排列的小火山和裂隙群組成， 其中最有名的地段是辛格韋德利國家公園(Þingvellir National Park)和間歇溫泉(Geyser)。 在辛格韋德利國家公園，有一個很大的正斷層構成了Þingvallavatn湖的西岸，東流的河水掛在斷層崖上形成了瀑布(Öxarárfoss)，地麵上有一係列北東走向的地裂縫， 在湖的東北端的地裂縫又與湖水相連。 Silfra據信是大洋中脊的擴張中心，是一個很熱門的潛遊地方。
(2.2.3) 東部火山帶( East Volcanic Zone, EVZ)
東部火山帶比較寬，它的南部就是遊客們喜歡和徒步者們追隨的高地地區，北部則是高地的深處，又有冰島熱點的疊加。 如圖8所示，南部高地地區的火山噴發的主要方式是一個個高大的中心火山口，而北部則是條帶狀的岩牆群加中心火山。
此片是從拉基(Laki)山的山頂拍攝的火山口群的南段，山上的岩石比山下的較老。山上雖然沒有火山噴發，但一道明顯的裂縫連接著遠處的火山口。 這種溢流方式的火山噴發毋庸置疑地表明了大地在撕開，地下深處的岩漿沿著裂縫噴出地表。
這裏的對麵的雪山是埃亞菲亞德拉，最近一次火山噴發是在2010年，火山灰造成了歐洲大規模的航班取消和延誤。
(2.2.4) 北部火山帶(North Volcanic Zone, NVZ)
到了冰島北部的米湖一帶，雖然沒有南部的的那些地標性的景點如歐美大陸橋和Silfra峽穀，但大自然對離散型板塊邊界的宣示比冰島的其它任何地方還要強烈。 呈線狀排列的活動火山，地麵上的裂縫和裂縫裏的溫泉，熱氣騰騰的地熱田和能夠沐浴的溫泉，都與這一段大洋中脊活動緊密相關。 有趣的是，冰島深鑽項目(The Iceland Deep Drilling Project，IDDP)原來的目的是探明這一帶的地熱，但意外地在地下2100米的深處探到了岩漿房。
