在北爱尔兰贝尔法斯特西北约80公里的海岸处,有一处被称为“巨人堤道”(Giant's causeway)的景观,在这里,你将会看到大量形状规则的古老石柱,这些石柱大约有4万根,其横截面多呈六边形,它们整齐地排列在一起,从陆地一直延伸入海,很是壮观。

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对于这些石柱,相信很多人首先想到的就是,它们应该是远古人类因为某种原因建造的,毕竟它们看上去很像是出自人工。然而事实却并非如此,因为根据科学家的测算,它们的形成年代,可以追溯到5000万至6000万年之前。

众所周知的是,在5000万年前,地球上根本就没有人类存在,那这些六边形柱子又是谁建造的呢?实际上,这并不是什么未解之谜,在过去的日子里,科学家已经揭开了其中的奥秘,下面我们就来了解一下。

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研究表明,在5000万至6000万年之前,北大西洋地区正处于剧烈的构造调整阶段,欧亚板块与北美板块正在分离,地壳被持续拉伸并产生大量深达地幔的裂缝,在这样的情况下,富含铁和镁的玄武质岩浆就沿着裂缝大量上涌,并以溢流式喷发的方式来到地球表面。

这些岩浆的黏度相对较低,能够流动相当长的距离,它们会像河流一样向低处流动,而在那个时候,“巨人堤道”所在区域正好是一处低洼区域,因此大量的岩浆就在这里汇集,进而形成了一个巨大的岩浆湖。

在喷发停止之后,这里的岩浆开始进入冷却阶段,随着温度的不断降低,它们逐渐凝固成了固态的玄武岩。

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这个过程可能持续了数十年的时间,由于当岩浆凝固成固体时,其体积会发生收缩,因此对于这样一个被围限在古地形中的岩浆湖来讲,体积的收缩就会在其内部逐渐积累起应力,而当应力超过岩石的抗拉极限时,岩体便会开裂。

最先冷却的是暴露在空气中的顶层表面,其表面开始出现裂纹,这种开裂的初始形态是随机的,类似于干涸河床上的泥裂,但随后的演化却逐渐呈现出规律性,它们会自发进行“几何优化”,趋向于形成规则的六边形。为什么会这样呢?

其实这是一个应力平衡的结果,简单来讲就是,相邻六边形的边以120度角相交,当三个六边形共用同一个顶点时,三个120度角的合力为零,即该点处于完全的力学平衡状态。

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相比之下,三角形、四边形和五边形的顶点无法实现这种各向同性的应力分布,因此,六边形是在二维平面上极为高效的应力释放结构。而根据能量最低原理,这些裂缝就自然而然地趋向于形成六边形裂纹。

当然了,趋向于形成六边形并不代表一定会形成,在其形成过程中,由于一些干扰因素的存在,它们也会形成少量的其他形状,例如四边形和五边形

表层形成裂纹网格后,岩浆的冷却和凝固会一直向下推进,在此过程中,裂纹尖端会沿着最薄弱的路径延伸,也就是沿着已有的裂纹方向垂直向下(这个过程有点像劈柴时,裂纹会顺着木纹的方向走)。

就这样,随着这种自上而下逐渐凝固,裂纹也随之向下贯穿,最终把整层玄武岩分割成一根根近乎垂直于地面的柱状结构,由于它们是在冷却过程中逐段形成的,因此在柱体表面,我们通常还可以看到一些横向的节理纹路。

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在接下来的几千万年时间里,随着地壳的缓慢抬升,原本被埋藏在地下的玄武岩层逐渐暴露在地表,然后地球表面的水力、风力等自然力开始接管后续的“建造”工作。

它们会沿着石柱之间天然存在的节理不断侵蚀,在此过程中,松散或结构不完整的岩石被优先剥蚀,而一部分致密、规则的柱状玄武岩则保留了下来,在漫长的时间里,它们在不同高度被截断,进而呈现出了高低参差不齐的石柱林地貌,而这就是我们现在所看到的“巨人堤道”。

值得一提的是,这种六边形柱子并不是“巨人堤道”独有,实际上,它们在地球上的其他地方也有分布,只不过没有表现得那么整齐和壮观。

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科学家甚至发现,在遥远火星上,也存在着类似的地貌(如上图所示),而这也意味着,火星在很久以前,也曾经像地球一样存在着活跃的地质运动。