国学之赏石艺术

九片石

观赏石的科学价值探究

覃世本（九片石）

[原创于2012年7月]

　　观赏石的价值繁博且众说纷云，目前在东方赏石理论界比较统一的、从宏观和系统的角度可分为艺术欣赏价值、科学考察价值、收藏纪念价值、经济交换价值。本文专述观赏石的科学价值。

观赏石的科学价值，主要是探究观赏石具有的科学研究价值及客观效用价值。观赏石的科学价值，系指可以用作人们感观（即人体器官眼、耳、手、鼻、脑的观、听、触、闻、悟）品赏的天然石质艺术品--石头，具有反映自然、社会、思维等客观规律的知识和在各领域具有积极向上效用的综合价值。观赏石科学价值的研究对象主要是观赏石的形成、结构、外观、内涵等以及社会、经济、生活、科研等方面的内容。

我们试图从以下四个方面对观赏石的科学价值进行有益的探究。

一、观赏石“演绎”了地球变迁的奇妙历史。

观赏石在人类出现之前虽然不存在观赏价值，但它已经存在着并受大自然的支配，奇迹般地助推着地球的变迁。

（一）地球的形成主要来源于岩石。

我们可以从观赏石的表象即构成元素等因素，探究其地球的变迁。地球已有漫长的四十六亿年了，它在形成之初就有了石头。地球当初是由不断旋转的宇宙尘埃，也就是微粒石子凝结而成的球体。地球由不断旋转的宇宙尘埃慢慢地形成了由各种岩石或各种元素组成的地壳、地幔、地核。

地幔是地球的中间层，它的构成主要是致密的造岩物质。地核是地球的核心层，主要构成元素是铁、镍。地球的变迁，主要是在地壳表现最为突出。地壳主要是由岩石组成,我们的观赏石大多来源于地壳。

地球构造图

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（二）地壳中岩石（观赏石）的构成种类。
岩石从其形成的环境即成因划分，可分为岩浆岩、沉积岩和变质岩。
第一，岩浆岩。它是在地壳深处或在地幔上部形成的岩浆，它是在侵入到地壳上部或者喷出到地表冷却凝固并经过结晶作用而形成的岩石，俗称火成岩。岩浆岩主要是节理，而几乎没有层理。在岩浆岩中出现的矿物如橄榄石、辉石、角闪石等矿物是在高温高压条件下结晶形成的，它给人类留下了奇妙的观赏价值和科研价值。

岩浆岩

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第二，沉积岩。岩石形成后暴露在地表，经过长期的风吹、雨淋、日晒、冷冻以及生物的侵蚀，逐渐变成碎片与粉沫，有的被风和流水搬走，有的溶解在水中。当这些被带走的岩石碎块和粉沫在低洼和适当的环境如湖泊、海中停留沉积下来，最后就形成了一层层坚硬的岩石，也称水成岩。地球的演变使这些岩石缓变得千姿百态、五彩纷呈，鬼斧神工地给人类留下了宝贵的观赏石。
沉积岩是怎样随着地球演变而随之而来的呢？它是在地表或近地表不太深的地方形成的一种岩石类型，由风化产物、火山物质、有机物质等碎屑物质在常温常压下经过搬运、沉积和石化作用，最后形成的岩石。

沉积岩

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第三，变质岩。岩浆岩与沉积岩经过地壳变动，埋藏到地壳深处，在高温和高压的作用下，原来的岩石性质发生了变化，与原来岩石性质完全不同，就形成了变质岩。
变质岩是在地壳形成和发展过程中，早先形成的岩石，包括沉积岩、岩浆岩，由于后来地质环境和物理化学条件的变化，在固态情况下发生了矿物组成调整、结构构造改变甚至化学成分的变化而形成一种新的岩石。

变质岩

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（三）观赏石（岩石）在不同的时期变幻无穷。
在各种岩石中，最奇特的要算沉积岩了。因为在沉积岩中常常能够找到现在已经消逝的古生物的遗体和遗迹，也就是我们可作观赏和科研的化石。化石分为实体化石、遗迹化石和化学化石。实体化石代表生物遗体或其中的一部分；遗迹化石是古生物留下的活动痕迹如脚印、孔道、蛋类等；化学化石是古生物的遗体因腐烂而消失后残留下来的有机分子被保存在化石中或掺入沉积岩中。从众多的化石中我们可以得知地球的演变轨迹。化石是历史的见证，它是研究古地质、古气候的科学依据，从中可知光照长短、雨水多少、经纬和地域变化、地史变迁、植物群落组合等。可以说化石为人类提供了相当的科研与观赏价值。
观赏石在不同的时期有着不同的“演变”特征。
第一，距今25亿年以前的太古代，地球表面已经形成了原始的岩石圈、水圈和大气圈。但那时地壳很不稳定，火山活动频繁，岩浆四处横溢，海洋面积广大，陆地上尽是秃岩山。这时是铁矿石形成的重要时代。
第二，距今24亿年－6亿年的元古代，这时地球上大部分仍然被海洋掩盖着。到了晚期，地球上出现了大片以岩石为主体的陆地。
第三，距今6亿年－2.5亿年的古生代，海洋中出现了几千种动物，陆地上出现了蕨类植物，有的高达30多米。这些高大茂密的森林，后来变成大片的煤田。
第四，距今2.5亿年－0.7亿年的中生代，繁茂的植物和巨大的动物，后来就变成了许多巨大的煤田和油田。这时形成了许多金属矿藏。

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第五，新生代是地球历史上最新的一个阶段，时间最短，距今只有7000万年左右。这时，地球的面貌已同今天的状况基本相似了。自然界生物的大发展，最终导致人类的出现。这时出现各类五彩纷呈的岩石。
人类居住的地球就是这样经过不断的运动，一步一步地一直演化到现在，逐渐形成了今天我们所得到的各类奇特的观赏石。
二、观赏石准确地反映了地球的地质年代信息。
岩浆岩、沉积岩、变质岩的形成演绎了漫长的地球变迁历史，从二十六亿年前的太古代开始，各种岩石经过震旦纪和寒武纪、奥陶纪的搬迁，经过志留纪和泥盆纪的运动，经过石炭纪和二叠纪、三叠纪的冲刷，经过侏罗纪和白垩纪的鬼斧神工，经过第三纪和第四纪的洗礼,将太古代和原古代形成的所有岩石由整搬散、由棱分圆、由大撞小、由暗变显，从高山冲入河谷、由各种江河的上游卷入下游。海水就像万花筒一般，将山岩逐渐卷冲成千奇百怪和五彩纷呈的观赏石。无论是山谷中象形石的瘦、漏、透、皱、秀，还是江河中图纹石的形、质、色、纹、韵,均显现出纹理丰富、色彩斑澜、反差极大且奇、怪、巧、美、灵的特殊自然美。
地球史有其本身的发展规律及其周期系统，因而地球史呈现明显的阶段性，也就是地质年代。根据观赏石的各种类型的岩石、化石、岩层变形的迹象、岩层或岩体之间关系等地质纪录，利用放射性同位素衰变测定法、氨基酸消旋测定法、古地磁法等现代科技手段的探测研究，可以得出准确的地球演变发展地质年代信息。　　　　　　
（一）从观赏石的构成元素看其地球的诞生和它的童年。
在太古代早期，目前已知最早的可以观赏的化石记录是微生物化石，距今已有35亿年的历史，它是一种原核生物。据科学家们探究，地球最早可能是由大大小小的星云团（尘埃或小粒石子）集聚而成的，一般认为在距今46亿年前它已经增长到现代地球质量相近了。这时候的地球还只是许多微星的集合体，叫原地球，原地球在引力收缩和内部放射性元素衰变产生热的作用下，不断受热，当原地球内部温度达到足以使铁、镍等元素熔融时，铁、镍等元素迅速向地心集中，形成地核和地幔，地壳岩石初步分异作用。

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（二）地球的少年时期。
从距今30亿年左右到5.7亿年元古代的震旦纪时期，地球进入了少年时期。地球进入少年时期是以最早出现小块陆核作为标志的，后来大陆就是由陆核逐渐扩大而形成的。直到25亿年前，各大陆内相继形成若干个小块稳定陆地。在距今17亿年左右，地球经历了一次最有意义的稳定大陆形成事件，稳定大陆的面积在相对比较短的历史阶段里大大增加，大陆差不多接近了它现在的规模。但形成的大陆岩石圈（也称原地台）还比较薄弱，保留有相当的活动性，我们今天的观赏石还没有达到真正的稳定。
从原地台到地台的转变时期是从距今17亿年到距今14亿年左右，根据科学家对资料的研究分析看，原地台曾多次被来自地球内部的力量所打碎，又不断被下面涌上来的岩浆物质所胶结，变得越来越厚，越来越稳定，因此，距今14亿年左右是稳定大陆最终形成时期，地球岩石圈即今天的观赏石演变进入了一个新的阶段。
（三）地球的古生代时期。
古生代出现了大量的可供我们现在观赏的动物化石。初期，水生无脊椎动物比较繁盛尤其是三叶虫。所以又称寒武纪为三叶虫纪。古生代时期的地层可分成早、晚两期，早古生代分为寒武纪、奥陶纪、志留纪三个地质年代，从距今大约5.7亿年到4亿年；晚古生代包括泥盆纪、石炭纪、二叠纪，距今4亿年到2.3亿年。这3.4亿年时间是最古老生命的时代，地球到这个时期已经历了几十亿年的演变。从寒武纪开始，地台经过长期风化、剥蚀、搬运等外力地质作用，地球表面高低差异减少（即平夷作用），低洼区域屡遭海水浸漫，浅海面积不断扩大。到了志留纪末期，地台周围和地台之间的地槽区发生了加里东（英国的一个山名）运动的大变动，延续时间为几百万年。原来低平地区重新被抬高，简单地貌复杂起来。经过这场变动之后，有的地方发生了倾斜、褶皱，有的地方发生断裂，大陆总面积扩大。随着平夷作用的又一次进行，地球地势又逐渐趋向平缓，太平洋若干地区重新发生海浸，在石炭纪中期，海浸规模达到最大。从石炭纪晚期开始，强烈的构造运动使地槽里的沉积岩和火山岩层产生剧烈的褶皱，转化成褶皱山系，构造运动此起彼伏，一直延续到晚古生代末期。

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（四）地球的中生代时期。
中生代是爬行动物，特别是恐龙类的全盛时期。我国发现了此时期大量观赏性的恐龙化石,如云南的禄丰龙，四川的马门溪龙，山东的鸭嘴龙等。距今2亿年前，发现了鸟类和哺乳类的化石。有现代鸟类和爬行类特征的始祖鸟化石，就是在侏罗纪的地层中发现的。
中生代时期分为三叠纪、侏罗纪、白垩纪，从距今2.3亿年起到6700万年前结束，延续时间大约1.6亿年。中生代开始以后，地球史发展出现了新的转折，潘加亚大陆逐步解体，各个陆块渐渐趋向于漂移到现代所处的位置，岩石圈又经历了一系列重要的变动。
（五）地球的新生代时期。
新生代是现代生物类型出现和发展的时期。在新生代中，各种昆虫和哺乳动物发展最盛。大约3百万年前的地层中，已经发现了能制造简单工具的人类化石。这时便形成了我们当今千姿百态、种类繁多的观赏石。新生代时期是地质历史时期中最新的一个时代，包括现代在内整个新生代大约为6700万年，由第三纪和第四纪组成。
这些地质年代的遗存，主要是依据岩石的构成与变化而得来，从各类观赏石的质量上我们便可详尽地探索和得知地球演变各阶段的地质年代信息。这些地质年代的信息，不仅映像其地球演绎生命的奇迹，而且给人类留下了宝贵精美的观赏石财富。
三、从观赏石的形成机理探索其大自然的奇特奥秘。
观赏石的形成机理，是指观赏石即岩石的特定功能在一定的系统结构中，各要素的内在运动方式以及诸要素在一定环境条件下相互联系、相互作用的自然法则和原理。
观赏石既是按地学规律形成的一种矿产资源，又是按美学规律去鉴赏的自然艺术品。它的形成是一个复杂而缓慢的过程。

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（一）观赏石在特定的环境下形成了特殊的形态、质地、色泽、纹理。
第一，观赏石形态的形成机理。
观赏石的形态之所以特别，是大自然的“神力”造就了观赏石的奇、怪、巧、美、灵。观赏石千姿百态的形体形成，与原岩的化学组分、物理性质、结构构造等地质环境与条件密不可分，这些因素受内动力及外动力地质作用的影响而形成。
一是内动力地质作用是观赏石形态形成的重要因素。
内部地质作用主要是以地球内热为能源并主要发生在地球内部，包括岩浆作用、地壳运动、地震、变质作用和构造作用等方式。
岩浆作用：地壳深处的岩浆，具有很高的温度，遭受很大的压力，当地壳运动出现破裂带时，局部压力降低，岩浆向压力降低的方向运移，沿着破裂带上升，侵入到地壳内，称侵入活动；如喷出地面，称火山活动；同时在运移中不断地由于分异作用和同化作用等的影响而改变着自己的化学成分和物理化学状态，直至冷凝为岩石。这种包括岩浆活动和冷凝的整个过程叫岩浆作用。地下岩浆通过导浆通道喷出地表的全过程叫火山作用。
变质作用：地壳中已存在的岩石，由于受到构造运动、岩浆活动或地壳内热流变化以及陨石冲击地球表面的影响，物理和化学条件发生变化，使原岩的矿物成分和结构构造（有时还有化学成分）发生了不同程度的变化的过程。
构造运动：主要由地球内部能量引起的地壳或岩石圈物质的机械运动。常以岩石变形、变位和地表形态的变化等形成表现出来。

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二是外动力地质作用是观赏石形状形成的决定因素。
外动力地质作用是由地球外部营力引起的、发生在地球表层的地质作用。是大气、水和生物在太阳能、重力能的影响下产生的动力对地球表层所进行的各种作用。外力地质作用几乎均有重力能参与，外力地质作用使地表形态和地壳的岩石组成发生变化。外力地质作用分为河流的地质作用、地下水的地质作用、冰川的地质作用、湖泊和沼泽的地质作用、风的地质作用和海洋的地质作用等。外力地质作用还可按其发生的序列分为风化作用、斜坡重力作用、剥蚀作用、搬运作用、沉积作用和硬结成岩作用。
风化作用，如化学风化、物理风化、生物风化的作用后发生机械崩解和化学分解，破坏产物基本残留原地，使坚硬的岩石变为松散的碎屑及土壤。
侵蚀、刨蚀、潜蚀作用后而破坏，破坏产物同时被搬走。搬运作用，经过机械搬运、化学搬运、生物搬运，将风化、剥蚀物搬运到它处。沉积作用，搬运物在条件适宜的地方发生沉积，条件适宜是指搬运能力减弱，如流水搬运泥砂时，流速减小时，动能减少过载而沉积。化学沉积受化学反应规律支配，过饱和沉积胶体凝胶作用；固结成岩作用，松散沉积物转变为坚硬的沉积岩。
受外力地质作用形成的观赏石，有多种不同的形成环境。地下水及地表水的作用。通常是以含二氧化碳的水及地表由植物所产生的有机酸和其他矿物所衍生出来的无机酸共同作用在富含碳酸盐质的岩石上所形成的腐蚀性化学作用，把岩石冲刷和腐蚀成千奇百态的形态及各种各样的空洞。或因钙质溶解在水中后又沿岩石裂隙重新将钙质沉积在其他环境中，比如各类的钟乳石和与其有关的碳酸钙沉积物。凡被山体所解离出来的灰岩个体和块体，在这样的地质化学环境下，经水蚀(实际以酸蚀为主)作用，就能形成各种各样的观赏石。有些碳酸盐质的岩石被深埋在红土层发育较好的地方，靠近地表层较近的潜水，在溶解土层里的有机和无机酸后岩石产生酸蚀作用也可形成万千变化的观赏石。
外力作用使观赏石的外形千姿百态。
风化残积型是新解岩层在物理和化学风化作用下形成的岩石，由于岩石受到风化程度不同，使其性状不同，因而把岩石的风化带剖面划分为全风化岩、强风化岩、中风化岩、微风化岩及未风化岩，一般的风化作用自上而下、自外向内的风化原则。残积是保持在原岩所在位置，没有受到搬运力的水平搬运，而只受垂直力的淋漓作用而形成的岩石。