“柱狀節理”的大自然的“建築奇蹟”，這些結構難以用語言描述

“鱗次櫛比”這個詞經常用來形容那些有規律、有一定規模的東西，如城市整潔的街道、高樓大廈等。但是，如果用它來描述地質中的柱狀節理現象，它會顯得太單薄。柱狀節理是一種神奇的自然景觀，難以用語言來描述。

在地質學上，節理是指岩石在自然條件下形成的裂縫或裂縫，兩側的岩石沒有明顯的位移。所謂柱狀節理，是指岩石呈柱狀或拼接狀，柱體橫截面呈四邊形、五邊形、六邊形甚至七邊形，這些柱體緊密排列在一起的地質現象。

柱狀節理分佈於世界七大洲。人類探測器也在火星和金星等行星上發現了柱狀節理。一般來說，它們都是火山作用的產物。
巨人之路和魔鬼塔

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巨人之路
在英國北愛爾蘭安特裡姆平原的邊緣，在一個玄武岩懸崖下，沿海大約有4萬個巨大的柱子組成了賈恩茨考斯韋角。這些大小均勻的玄武質岩柱聚集成綿延數公里的堤壩，被譽為世界自然奇蹟。這一奇蹟是由第三紀持續噴發的火山所創造的：一股玄武岩熔岩從地面噴湧而出，冷卻收縮後形成六邊形或四邊形或五邊形棱柱體。

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巨人之路，又稱“巨人堤”或“巨人角”，起源於愛爾蘭民間傳說。其中之一是通往巨人的道路是由愛爾蘭巨人芬·麥庫爾建造的。他一個接一個地把柱子搬到海裡，這樣他就可以去蘇格蘭和芬恩蓋爾作戰了。隨著堤道接近完工，麥庫爾決定休息一下。與此同時，他的對手，芬恩蓋爾，正穿越愛爾蘭來估量一下他的對手。結果，芬·蓋爾和睡著的麥庫爾撞到了一起。他被對手的巨大身軀嚇壞了。麥庫爾的妻子騙芬·蓋爾說，熟睡中的巨人其實只是麥庫爾的孩子。聽到這話，芬·麥庫爾更是慌了：麥庫爾的小孩都如此巨大，麥庫爾自己應該是什麼樣的巨人。他匆匆趕回蘇格蘭，沿途摧毀了麥庫爾修建的堤道。這就是為什麼堤道的殘餘物僅限於安特裡姆海岸。
關於巨人之路的另一種說法是，愛爾蘭皇家陸軍司令巨人芬·麥庫爾（FinnMcCulley）曾經在與蘇格蘭巨人的一場戰鬥中撿起一塊石頭朝逃跑的對手扔去。當石頭掉到海裡，它就變成了今天的大島。後來，他愛上了住在內赫布里底群島的巨人女孩。為了歡迎她，他修建了這樣一條堤道。各種傳說無疑增加了巨人之路的神秘感。
魔鬼塔

在美國西部懷俄明州東北部，在貝爾福斯河附近鬱鬱蔥蔥的山丘上，矗立著一塊巨大的圓柱形岩石，這是美國著名的國家景點之一——魔鬼塔。1906年，美國在這裡建立了第一個國家公園。魔鬼塔是6500萬年前火山噴發形成的。
還有一個關於這個地方的傳說。在古代，當七個女孩和她們的兄弟在附近玩耍時，男孩突然變成一隻熊，追著女孩。七個女孩躲起來爬上了岩石，岩石開始長得很高。熊想追上他們，於是他爬上岩石，熊在岩石上留下爪痕。女孩站在不斷增高的岩石頂上，最後變成了星星，也就是著名的北斗七星。

近年來，爬魔鬼塔在美國已成為一項非常流行的運動。魔鬼塔周圍環繞著各種攀岩路線，其中一些路線舉世聞名，極具挑戰性。當地獨特的地質現象也受到影視名人的青睞。美國著名導演斯皮爾伯格執導的電影《第三類接觸》曾把魔鬼塔視為外星人的聚集地。

世界上有許多著名的柱狀節理，包括以色列/敘利亞戈蘭高地的六角形水池、意大利的巨島、韓國濟州島的柱狀節理帶、蘇格蘭斯塔法島的手指洞、亞美尼亞語的甘尼山谷、印度孟買的吉爾伯特山，加利福尼亞的魔鬼石柱樁，冰島的斯卡法菲德國家公園，這些柱狀節理以其規模之大而聞名。
我國的柱狀節理

中國火山資源豐富。吉林省長白山天池火山、雲南騰沖火山、黑龍江省五大連池火山都是著名的活火山；黑龍江省鏡泊湖火山、吉林省龍崗火山、內蒙古阿爾山火山、瓊北火山等

此外，火山岩廣泛分佈於我國其他省區，如浙江省、四川省峨眉山地區、福建省漳州等地，地質學家在這些火山岩中還發現了大量柱狀節理。
雲南省騰沖縣龍川河沿岸的玄武岩柱狀節理，被當地人形象地稱為“神柱”。總面積2平方公里，是迄今為止我國發現的最奇特、保存最完整的柱狀節理群之一，對研究火山岩漿生成和地質構造具有重要的科學價值。
騰沖縣雅梧山存在熔融凝灰岩柱狀節理。如果說“神柱”因其規模宏大、氣勢雄偉而聞名於世，那麼雅烏山熔融凝灰岩柱狀節理與其他地方有很大的不同。它們小巧精緻，雕樑畫柱，宛如孔雀開屏。
關於柱狀節理的科學研究

柱狀節理的早期發現歷史尚未完全瞭解，只能從神話傳說中尋找答案。然而，從現代文字記載中，我們可以發現柱狀節理成因的探索過程。關於柱狀節理最早的科學討論可以追溯到17世紀：巨人之路的報告最早出現在英國皇家學會。從那時起，人們開始探索這個不可思議的，高度自組織和對稱的地質景觀。後來，這種獨特的地質構造在世界各地被發現。
早在18世紀，玄武岩柱狀節理的成因一直存在爭議。1804年，瓦茨提出“熔融岩漿圍繞一系列獨立的中心凝固，形成一個巨大的塑性球體。當這些球體受到擠壓時，它們將形成典型的六邊形對稱。1875年，Marley提出柱狀節理是由冷卻熔岩熱收縮引起的應力引起的，這一觀點很有說服力。此後，地質學家們用各種模型解釋了這種自然現象的成因，形成了兩種主要觀點——冷卻收縮理論和對流理論。
冷卻收縮學說

這一成因觀點是基於玄武岩凝縮過程中岩體的破裂，考慮到物理環境和凝析面的發育。
一般認為理想的柱狀節理來自熔岩流的兩個凝結面：一個是頂部凝結面，另一個是底部凝結面。從柱狀節理的縱剖面分析，熔岩的熱損失是從中心到頂部和底部，而熔岩流的冷卻方向是從頂部和底部到中心。隨著冷卻過程的進行，連續的節理面從頂部和底部形成，指向熔岩流的中心，並在熔岩流的中下部匯合。其次，通過對熔岩流橫截面的分析，發現在熔岩流冷卻過程中，凝結面上會形成許多收縮中心。體積收縮使岩石材料聚集到固定的內部中心，從而產生垂直於等溫線方向的縱向拉伸裂縫。這些裂縫切割岩體，形成多面體圓柱體。岩石內部結構均勻時，收縮中心間距相等，呈等腰三角形排列。因此，通過形成120°相交的接合面來釋放每個方向上的相等拉應力。這些張性節理切割岩體，形成正六面體柱。但在實際的自然環境中，柱狀節理的形成受多種外部因素的影響，岩石內部是非均質的，會導致收縮面與收縮中心之間的距離拉長或縮短，形成不規則的柱狀斷面。
我們知道，泥漿乾燥後形成的泥漿裂縫也是由收縮引起的。許多地質學家將泥裂縫與柱狀節理類比，以瞭解柱狀節理的形成機理。在冷卻收縮理論的早期，人們試圖比較這兩種現象。這種冷卻收縮理論在玄武岩柱狀節理的形成機制中起主導作用。許多學者通過自己的實踐觀察和實驗對其進行了修正，使之更加完善。
對流學說

1912年，索斯曼提出這些柱狀體的成因是六邊形對流單元系統的產物。他還用蠟或油脂在平板上做實驗。19世紀70年代，雙擴散對流假說誕生：當液體內部溫度不均勻且存在溫度梯度、成分不均勻且存在濃度梯度時，這兩種擴散機制（熱擴散和溶質擴散）將導致雙對流擴散現象。在熔融玄武岩岩漿中，熱是一種擴散機制，化學成分也是一種擴散機制。1981年，坎塔提出了柱狀節理“雙擴散對流”的成因機制，並以魔鬼徑柱狀節理的岩石化學分析數據為佐證，提出了“熔岩指”的概念並加以闡述。這一假設表明，熔融玄武岩內部的化學成分存在微小差異，從而導致許多“熔岩指”的形成。指狀流是一種複雜的流變現象。在熔岩不斷冷卻的過程中，“熔岩指”之間形成應力狀態，從而形成我們看到的柱狀節理。
在家“創造”柱狀節理

事實上，柱狀節理並不神秘。在你自己的廚房裡，你可以“創造”柱狀關節。加拿大多倫多大學的非線性實驗小組將玉米澱粉和水的比例為50:50的混合物放入咖啡杯中，並將混合物長時間暴露在強光下（這可能需要持續暴露長達一週），直到它變干。在這個實驗中，水起到了供熱的作用。當實驗者小心地打破杯中的物質時，一個奇蹟出現在核心：一個減少了1000倍的“澱粉板”柱狀關節誕生了！實驗結果與玄武岩柱狀節理形態非常相似。實驗室宣佈他們發現了玄武岩中柱狀節理的成因。當然，這一結果與真實的玄武岩柱狀節理仍有差距，但這已經足夠令人興奮了。
在上面，我們參觀了地球上一些具有代表性的柱狀節理的壯麗景觀，瞭解了柱狀節理形成過程的相關科學原理，甚至人工“再現”了這些奇蹟。然而，科學探索無止境，柱狀節理還有許多謎團有待解開。