礦石之海:海底破火山口噴發如何造就了亞利桑那州傑羅姆

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“這座城鎮及其興衰的歷史,謙卑地提醒我們,人類歷史的很大一部分都受到了地質過程變幻莫測的影響,這些地質過程塑造了我們居住的土地,形成了我們構建文明的礦物,併產生了我們覬覦的財富。”

-朗·艾博特和特里·庫克,《北方亞利桑那州的地質足跡》。

當遊客們全神貫注地凝視著大峽谷層層疊疊的巖壁中展現的數十億年曆史時,我和母親會順道去傑羅姆。在大峽谷,你必須向下攀登數千英尺才能觸控到 20 億年前的岩石。在傑羅姆,你只需走上街頭即可。

那時我們並不瞭解這些。我們只知道這是一個令人愉快的小鎮,到處都是美麗的維多利亞式老房子,藝術家們正在逐漸修復它們。我們在商店和店面之間漫步,感受著西部舊時代與旅遊俗 kitsch 的碰撞,就像俯衝帶將不同的岩石隨意地擠壓在一起一樣。那裡有竹林,在乾燥的地區是一種難得的美味,還有龍舌蘭在岩石山坡上綻放著一生一次的花朵。你可以站在小鎮的邊緣,一直看到科羅拉多高原上的舊金山峰。


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但我們心中的聖地是黃金國王礦。採礦裝置、岩石、充滿過去文明遺蹟的老鎮建築、更多的岩石、一座仍在運轉的鋸木廠和一家出售大量岩石的商店,構成了一個完美的下午探險之旅。

在 17.5 億年前(美國人說是 17.5 億年),這裡的情況會更加驚險刺激。將成為傑羅姆的那片區域,在新生的北美大陸南部海岸附近忙碌地噴發著。俯衝帶至少產生了兩個火山島弧:傑羅姆和普雷斯科特。流紋岩和玄武岩的水下噴發構造了一個海底穹丘。該地區本應讓人聯想到印度尼西亞。克拉卡託火山的愛好者知道這意味著什麼:爆炸。如果您計劃建造一臺時光機並在未來某天訪問該地區,您需要非常非常仔細地安排您的訪問時間,因為與即將在這裡發生的事情相比,克拉卡託火山簡直是小巫見大巫。

在火山活動出現不祥的停頓之後,富含氣體的岩漿充滿了岩漿房。壓力積聚,然後轟隆一聲。我不知道您是否能想象海底破火山口噴發。海底突然裂開,沸騰的火山灰雲團在水中滾滾而出。如果那時有魚,它們會非常不方便;而且,還會被煮熟。幸運的是,那時還是魚類時代之前。當岩漿房排空後,整個結構都坍塌了。巨大的裂縫在一片巨大的、不規則的環形區域內蔓延開來,直徑達數英里。海底、海山、火山穹丘、新近就位的克婁巴特拉凝灰岩以及所有一切都落入了岩漿房,岩漿房不久前還空無一物。

因此,這裡有一個巨大的凹陷,充滿了裂縫、斷裂和斷層,上面覆蓋著海洋。海水滲透過所有這些裂縫,一直深入到其中,並與附近另一個尚未噴發的岩漿房流出的水匯合。這些水被過熱:我們談論的是超過 600 華氏度(316 攝氏度)的溫度。它們的熱量足以溶解岩石。它們化學蝕變了那些沒有溶解的東西。它們穿過破火山口的環形斷裂帶,攜帶溶解的礦物質和金屬,並從各個地點湧出,成為熱液噴口。是的,就像現代的品種一樣。

那些黑色的“煙霧”是礦物質和金屬在極熱的水與冷水相遇時沉澱出來的物質。這就是大約二十億年前破火山口底部可能的樣子,包括由礦物沉積物形成的煙囪。也有“白色噴口”,那裡的水溫約為 250 華氏度(121 攝氏度),也呈現出溫泉的景象。您可以在傑羅姆看到這兩種型別的例子。它們與現代的同類驚人地相似,但它們卻是地球上發現的最古老的同類之一。

溶解的金屬與硫結合,在噴口場周圍留下了巨大的硫化物礦床。金屬覆蓋了溫泉流經的裂縫和管道。它們填滿了煙囪。這就是傑羅姆財富的誕生之地:在火與水之中,在海底之下,在北美洲甚至還沒有獲得這片有利可圖的房地產之前。大約在 5000 萬年後的大爆炸之後,板塊構造逐漸將傑羅姆和普雷斯科特火山弧擠壓在一起,然後將它們都貼在了新生的北美洲上。克婁巴特拉凝灰岩沒有保持原狀,它發生了褶皺。其富含金屬的礦床也隨之褶皺。流體再次在裂縫和斷層中流動,進一步濃縮了珍貴的礦物質。

12 億年過去了。我們真的不知道發生了什麼。侵蝕肯定是有的:那些年沒有岩石記錄。將成為傑羅姆的地區可能被厚厚的、舒適的沉積毯覆蓋,隨後被剝離:大峽谷保留了部分記錄。我們確實知道,在 5.25 億年前,傑羅姆是黃金海濱地帶。古代海洋海岸的沙灘,可能是酒紅色的,變成了塔皮茨砂岩。大陸在跳舞。傑羅姆乾涸了,再次被侵蝕,3.75 億年前再次被淹沒。這一次,馬丁組的石灰岩在溫暖、淺海中沉積下來。紅牆石灰岩在 3.4 億年前緊隨其後,當時傑羅姆和弗德河谷地區沐浴在赤道附近。人們開玩笑說亞利桑那州的海濱房產。在它的過去,有很多次這個笑話變成了現實。把你的時光機帶回到這些時代,你就可以在熱帶島嶼上啜飲雞尾酒,而那裡後來會變成非常乾燥的地區。在你的躺椅下,等待著難以想象的財富。但它們還沒有完全準備好。

從 8000 萬年前開始,北美洲與一小塊洋殼發生了衝突。這次碰撞開始了長達 4000 多萬年的擠壓期。這就是拉拉米造山運動,當時山脈隆起,大陸褶皺。這一事件導致了 7000 萬年前弗德斷層的誕生。而這個斷層最終將成為這場劇目的明星。

拉拉米造山運動抬升的山脈做了山脈會做的事情,即被侵蝕。1700 萬年前,擠壓讓位於拉伸,盆嶺地區誕生了。玄武岩從變薄的地殼中湧出,留下了 1500 萬年前的希基組地層。如果您開始認為亞利桑那州中部經歷了有趣的時期,那您就完全正確。而且這還遠未結束:弗德斷層休眠了一段時間後,在 1000 萬年前重新活動。它的傑作就是傑羅姆為何會坐落在山脈一側的巨大財富之上。

弗德斷層抬升了黑山,降低了弗德河谷。它切開了古老的破火山口,整齊地將古老的傑羅姆背斜及其孿生礦體一分為二。它在克婁巴特拉山的一側暴露了一個礦體的一部分。流體再次在斷層中迴圈,為那些礦石畫上了完美的句號。近二十億年的地質活動準備了一個超出夢想的意外之財。

美洲原住民首先發現了它,從露頭收集美麗的富銅礦物。16 世紀的西班牙人知道那裡有銅和銀,但他們想要的是黃金。直到 1876 年才首次提出採礦權要求。當礦工開始挖掘時,他們發現礦石的平均銅含量超過 10%。那些古老的熱液礦床,經過三次濃縮,創造了一個繁榮的城鎮。傑羅姆的人口激增:它成為亞利桑那領地第二大城市。礦工們開採了地球上最富有的銅礦床,開採了超過 3700 萬噸礦石。

從 1876 年採礦開始到 1953 年最後一座礦山關閉,傑羅姆僅銅就生產了價值 30 億美元的現代美元,以及另外 10 億美元的白銀、黃金、鉛和鋅。這座城市變得如此豪華,甚至最終擁有了一座歌劇院。

在他們的木製建築被燒燬幾次後,傑羅姆的居民開始開採塔皮茨組、馬丁組和紅牆組地層,以獲取建築石材和石灰石來製造混凝土。由於所有那些海洋,這座城鎮停止了燃燒——至少在地面上是這樣。

傑羅姆的採礦最初是一項地下活動。最大的礦山是聯合弗德礦,它開採了弗德斷層揭露的礦體。88 英里的礦井豎井被鑿入山脈。富礦湧現。

如果黃鐵礦在 1905 年沒有著火,聯合弗德礦本可以愉快地繼續挖掘隧道。易燃的愚人金燃燒了整整二十年。聯合弗德礦被滾燙的岩石切斷了通往富礦隧道的道路,試圖封鎖燃燒的部分。六名礦工在蒸汽爆炸中喪生,爆炸是由地下水滲入悶燒的石頭引起的,到 1917 年,大火迫使聯合弗德礦挖掘了一個 300 英尺深的礦坑,以到達未受影響的隧道。您仍然可以看到這個礦坑,以及將礦工送入隧道的井架,這些隧道向下延伸 4,200 英尺。這個礦坑也暴露了古老的火山岩。

令人難以置信,不是嗎?礦坑的大部分割槽域是輝長岩,玄武岩在地下冷卻而沒有噴發,它已經有超過 17 億年的歷史。這些岩石真的經歷了磨難:被斷層運動剪下,被熱水烹煮,被擠壓和碾碎,然後被人類挖掘出來。

聯合弗德礦並不是鎮上唯一的礦山。一位名叫生皮吉米·道格拉斯的傢伙,因為地質學而產生了一個絕妙的想法:如果弗德斷層切開了聯合弗德礦的礦體,那麼剩下的部分會不會最終落到山下?他在 1912 年在東坡下部的一個地點提出了採礦權要求。他的礦工們穿過斷層下沉的年輕的希基玄武岩挖掘隧道。他們向下挖掘到下面的較老岩石中,但沒有發現任何有用的東西,看來生皮吉米錯了。但在兩年和 1000 英尺之後,他們發現了銅。非常富有的銅。銅礦石的銅含量高達 45%。如果 10% 可以被認為是傑出的,那麼這已經超出了意外之財的範疇。然而,吉米對他的地質學完全錯了。弗德斷層並沒有將礦體一分為二:他只是發現了來自環形斷裂帶的第二個礦體。他並不知道,也不在乎。他正坐在聯合弗德延伸礦上,他的小雛菊礦上,他成了一個非常富有的人。

傑羅姆的財富是有代價的。請記住,古老熱液泉的礦物質和金屬與硫結合在一起。冶煉將古代的硫以二氧化硫氣體的形式釋放出來。當傑羅姆下雨時,下的是硫酸雨:那些沒有被砍伐作為燃料和建築材料的樹木死於酸雨。隨著礦工們移走數噸山體,山坡變得不穩定,山體滑坡,再加上礦工炸燬岩石時的震盪,導致傑羅姆的部分地區開始向下滑動。幸運的是,當 1953 年採礦停止時,滑坡也停止了。但礦山排水仍然影響著該地區,將一些溪流染成鮮豔的藍色和橙色。巨大的尾礦池仍然留在弗德河的漫灘上。它們充滿了重金屬,如果防滲措施失效,將造成無法估量的環境破壞。

傑羅姆是那些地質影響感受深刻的地方之一。弗德斷層抬升了山脈,使傑羅姆狹窄陡峭的街道對舊金山的街道嗤之以鼻;古老的破火山口噴發和由此產生的熱液噴口場奠定了其巨大財富的基礎。年輕和古老山脈的骨骼穿透了其山坡上稀薄的植被覆蓋層。淺海的海底和古代海灘的沙灘構成了它的牆壁。很少有城鎮可以借鑑二十億年的地質歷史。在這裡,它聳立在城市上方、下方和周圍,每一步都在提醒您,文明依賴於地質學,並邀請您探索它提供的財富。舊礦山可能已經枯竭,但仍然有大量的地質寶藏,等待您去認領。

參考文獻:

艾博特,朗和庫克,特里(2007):北方亞利桑那州的地質足跡。米蘇拉,MT:山地出版社。

蘭尼,韋恩(2010):穿越時間的塞多納。弗拉格斯塔夫,亞利桑那州:韋恩·蘭尼。

(這篇文章是為 增生楔撰寫的,這是一個每月一次的地質學部落格嘉年華。這是一場地質學的盛會,圍繞一個可能深刻、發人深省或只是純粹有趣的 themes。本月,增生楔由 Knowledge Flocs 的 Cat 主持,主題是“地質學、生命和文明。”我想是時候向 Rosetta Stones 的讀者介紹增生楔,並暫時離開太平洋西北地區了。因此,就有了傑羅姆,我的勇敢的同伴 Cujo359 和我在 2009 年再次訪問了那裡。寫這篇文章讓我非常想家。我很高興幾天後回到聖海倫斯山,但我希望您喜歡這次前往亞利桑那州最佳目的地之一的旅行,對於那些喜歡地質學、礦山、歷史、古老建築和俗 kitsch 的人來說。)

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