紫水晶洞之形成與外型成因 @ Hello, welcome to Siegfried' blog！

資料整理: 黃克峻

烏拉圭與巴西素來就是紫水晶出產的聖地，當地所出產的紫水晶洞、紫水晶山佔據了台灣水晶市場很大的一部分，幾乎人人到處都可看到它們成為店面擺飾，或是在店內販售。但不知道大家是否曾經都有個疑問，為什麼這些水晶洞幾乎都有著類似的外型以及形貌，或是長成了個“山形”??

以前我曾經對於這些巧奪天工的山形紫水晶洞做了個很先決的判定: 天下哪有這麼巧的事，所有的晶洞都是平底的! 這些話也就意思著我曾認為許多這些晶洞可能都是人為修飾過外形的，而是因為要方便擺飾所以都修成了“山形”；而確實市面上許多晶洞有許多修補的痕跡。但，經過了這麼多年，山形的紫水晶實在是多到不像話，心想，怎麼不想去改個外形來做行銷呢? 心中的疑問在這些年來則是越來越大了。

結果，經過些資料收集後，證實過去我天真的想法其實是錯誤的。這些外形都是真實的，而確實礦區內所見的紫晶洞十之八九都是這個形貌。但，這更加引發我的好奇心，到底這樣的外形是怎麼形成的呢?

(一) 地質相關背景

世界最重要的紫水晶礦床是發現在烏拉圭以及巴西境內的一種火成岩-玄武岩中，這層火成岩在拉丁美洲的分佈廣泛，約有1,200,000km2的面積，而預測的體積約有800,000km3。這層玄武岩在烏拉圭被稱之為阿拉佩火成岩體(Arapey Formation)，在巴西則稱之為希拉傑洛火成岩體(Serra Geral Formation)，但兩者都是同一層的火山大量噴發事件所導致的巨厚熔岩流層。一般來說在這兩個國家所見的這層玄武岩，都是在白堊紀時期所噴發的岩漿所凝固而成的。雖然其預測的體積龐大，但實際在現地觀察，這些玄武岩呈現層狀，且厚度因地而異，有時超越1700公尺，而有時候僅有幾公尺而已。

很多人聽到這個岩體巨大的分佈以及體積可能都直覺的說，那不是到處都有紫水晶? 答案其實是否定的，透過現地觀察，紫水晶限定出現在特定的區域，以及特定的玄武岩熔岩流內。仔細區分這些層狀玄武岩的種類，根據厚度以及構造細分可為兩大類。以Ametista do Sul這個地方的玄武岩層為例，較為薄層“第一類”(Type I)熔岩流，其中心通常有著一層較為塊狀，有著礦化的大型晶洞層，另一種相較為厚的第二類熔岩流(Type II)在它的岩層中心則較沒有晶洞構造，並有著因原始熔岩冷卻時所產生的柱狀解理。這兩大種熔岩流的上下部皆各有一層多氣孔的區域，但礦化的晶洞似乎多只在較為薄層(Type I)熔岩流中出現。

(A) 薄層的Type I, 與厚層的Type II熔岩流

受到開採紫水晶的Type I 薄層熔岩流，可見其灰色的玄武岩厚度約有15~20m厚

(二) 成礦機制

為何只有薄層的熔岩流才有紫水晶呢? 有人將這兩種厚度的熔岩流在顯微鏡下相對比較，薄層熔岩流有著較為細的礦物顆粒，並且包含了較多火山玻璃質於其中，研究熱水反應過程的人很快就指岀這個即可能為關鍵性差異，因為火山玻璃相當容易受到熱水反應、溶解，能提供流體大量的矽質物質，而細顆粒的礦物則因為相對表面體積比的關係，遠比粗顆粒的礦物顆粒更容易受到化學風化作用。因為這些基本因素，讓在這些較薄的熔岩流岩體中流動的流體能含有較高的礦物質，而這些含礦的流體，就容易在熔岩流孔隙中沉澱出水晶等礦物。

所以紫水晶礦的成因關鍵，主要是受控於其玄武岩熔岩流是否能容易產生含礦流體，以及另一個我們還未提到的重要關鍵: 孔隙，而它就是造就紫水晶洞外形的重要因素。

(三) 孔隙成因

目前形成這些市面上常見紫水晶洞的孔隙成因有兩套說法，一套是較為傳統的玄武岩氣孔學說，而另一套則是熱水溶蝕學說，兩個其實都有所根據。

孔隙成因(一): 玄武岩氣孔:

玄武岩我們都知道它曾經是火山所噴出的流動熔岩，而這些熱呼呼燒死人不償命的火山熔岩從地底噴發至地表之時，除了含有熔融狀態的岩石之外，另外也含有大量的氣體。這些氣體多半以二氧化碳、硫化氫等的火山氣體為主，在熔岩中以“氣泡”的狀態存在著。一般而言，這些“氣泡”的大小變化頗大，視條件而異可由微米等級至數公分、甚至數公尺大小。當這熱呼呼的火山岩漿慢慢冷卻、凝固後，成為所謂的玄武岩之時，原先包含在其中的“氣泡”，就成為堅硬火成岩中的一空洞了。這些空洞，或稱孔隙，在後期含礦的熱水或是流體侵入後，在其中開始沉澱許多了礦物晶體，形成所謂的 “晶洞”。而這些氣孔的外形、大小則控制著我們現今市場上所見的紫水晶洞的外形。在礦場內，許多這類的晶洞以奇特的圓柱狀、鐘狀的外形出現在玄武岩中，透過仔細小心的移除一旁的玄武岩，將整顆氣孔取下、修整，就成為目前到處可見的紫晶洞擺飾了。

紫水晶洞有著原始氣孔向上拖曳的外貌

有人針對紫水晶晶洞的外形特別提出了一些理論解釋，其中最廣為接受的是氣泡遷移的說法。其理論其實很簡單，主要是針對於噴發後的火山熔岩還是以高溫的狀態在地表上流動之時，其中的火山氣體則因為浮力、以及熔岩相對黏滯度的關係，聚集成一大氣泡且慢慢的往熔岩流淺處遷移，這樣向上移動的過程當中產生了如此管狀、鐘狀的向上拖曳構造。在熔岩流冷卻之後，這樣即產生這些大型氣孔了，而這些大氣孔在後期的熱液沉澱之後即產生了紫水晶洞。

利用數位模擬的方式，解釋熔岩中的氣體因浮力的關係上遷所產生的外貌

孔隙成因(二): 熱水溶蝕

這個學說其實是較為新的一個說法，是否能廣為接受還需要一點時間驗證。其主要的說法是談到當熔岩流降溫之時，它的岩石強度性質開始由塑性轉為脆性，在熔岩流的內部產生了許多裂隙，而這些裂隙為後來由下方往上侵入的熱液所反應，慢慢的溶解出結晶紫水晶的孔洞，而紫水晶也在同時間形成。這個說法的根據是來自許多紫水晶洞都伴隨著角礫岩化的作用，在野外的觀察上也有許多證據顯示角礫岩化作用可能是發生在真正紫水晶發育之前，而單純的熔岩流氣體往上遷移的說法是無法解釋角礫岩的存在的。