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河南省济源市一块网红风动石被人推倒了 在社交媒体上掀起了一阵风动石热 在人们纷纷惋惜神奇景观惨遭破坏的同时 风动石这个地理奇观再次进入了人们的视线 从科学的角度来看 这种景观到底是如何形成的？ 分布有何特点？ 它们的存在有什么科学意义？ 风动石 在学术上更多被称为平衡石 实际上它是平衡石里特殊的一类 是指可以晃动的平衡石 有时，人用手掌也能推动风动石 让其晃而不倒 要做到这一点，需要满足几个条件 一是风动石下面的基座必须是坚硬的岩石 压在松软土壤上的巨石风是吹不动的 二是风动石形状接近椭球或圆球 这样风动石与基座岩石的接触面积非常小 三是，风动石与基座的接触面并不是平展的 往往有一个恰到好处的盘底状的小浅凹 正是这个不起眼的小浅凹 帮助了风动石在受到一定的外力就要失去平衡时 还能及时恢复平衡状态  ◎ 河南济源，被推倒的“网红”平衡石 风动石是一类特殊的平衡石，因为手推可动或大风吹来石头会随之摇晃，而令人倍感神奇。图中这块风动石是在河南济源牛大寨被发现的，因身处危崖之畔，支撑面极其狭窄而令人称奇，但比其本身更神奇的则是其大起大落的命运——2020年12月它被发现并曝光后，马上晋身为炙手可热的“网红”；红了不到3个月，2021年2月它竟被好事者推倒，从此不复存在。不过，它昙花一现的兴盛，却引发了许多人对平衡石这类景观的关注。摄影/李楠 支点，才是平衡石真正与众不同的地方 所有的平衡石不论怎样千奇百怪 都有一个共同的特点 那就是它们的支点太小了 从力学的角度看 支点小，使得受到外力时 平衡石的重心极易移动到支点以外 从而失去平衡状态 是谁为巨石建立了一个这么小的舞台 让它在上面与垂直的地球重力 和侧向的水平风力进行千百年的博弈？ 土生土长的平衡石： 独立了，但不想离家 澳大利亚北领地“魔鬼大理石”所在地 有着一块块大大小小的圆形石头 它们或者堆积在一起 或者散落在地面上 最奇妙的是不少圆石看上去 就像被谁特意摆在了另外的石头上 维持着微妙的平衡 似乎随时会滚落下来  ◎ 照片中是位于澳大利亚北领地的“魔鬼大理石”，当地土著认为它们是“彩虹蛇的巨蛋”，实际上它们是典型的球状风化平衡石。 这些平衡石是从石头里“长”出来的 数百万年前，这里的岩体是一整块花岗岩 在它的上面覆盖着一层较厚的砂岩 上覆岩层的垂向重压 造成花岗岩受到水平方向的拉伸 岩层内部出现了大量的相互垂直的正交节理 地下水沿着这些节理侵蚀削切 在岩层内部切割出许多长方体或立方体的岩块 后来压在上面的砂岩被自然剥蚀掉了 构造抬升让花岗岩露出了地表 应力释放在花岗岩的浅表部分 形成大量的平行地表的剥节理 自然风化沿着这些垂直的和水平的节理侵蚀 在岩块棱角处的侵蚀与剥蚀更为容易 这种过程地质上称之为球状风化 就像剥洋葱，从外到内一层一层地剥脱 最后方石逐渐变椭球或圆球了 我国著名的福建漳州东山风动石 津巴布韦埃普沃斯平衡石公园内的众多平衡石 也都是此类平衡石的典型  ◎ 柱状平衡石：从“林”到“柱”，残石兀立 岩浆喷出地表或侵入浅部地壳后，可能会形成垂直冷却面的柱状节理。在冷却面几乎水平时，自然侵蚀作用在这样的节理上，就会削切出一系列岩柱。常见的岩柱多是互相支撑簇拥在一起的，当侵蚀进一步加剧后，就会陆续倒塌，仅留下极个别的幸运儿矗立在那里，形成了柱状平衡石。图中的柱状平衡石令人叫绝，它位于加拿大新斯科舍省海边，原本簇拥在一起的岩柱已经倒塌殆尽，只留下一根岩柱，半悬于基岩之外，保持着微妙的平衡。 与球状平衡石一样让人惊艳的 是又高又窄的柱形平衡石 它们多见于海边 是由不同的岩浆喷发岩 或浅成岩（侵入岩的一种） 受到侵蚀而生成的 其中最有代表性的 有澳大利亚塔斯马尼亚国家公园的“图腾柱” 和加拿大新斯科舍省海边的平衡柱 在产状几乎水平的互层沉积岩中 如果强弱互层的形式是上强下弱的话 就会出现另一类型的平衡石——戴帽岩柱 美国犹他州西南部的布莱斯峡谷国家公园 是世界上这类平衡石发育最丰富的地区  ◎ 戴帽岩柱平衡石：头重脚轻，上下不一 质地坚硬的砾岩、砂岩等，可能会和质地较松软的页岩、泥岩等形成互层沉积。近乎水平的互层沉积岩，会被两组或多组破裂切割出整齐的网格，流水沿破裂侵蚀，就会形成风化岩石阵，并继续发育成石墙、石林，直至独立的岩体。当顶部为较薄的坚硬岩层，下部为较厚的松软岩层时，岩体顶部会形成坚硬的“岩帽”，保护下部松软岩层不被侵蚀殆尽，最终形成戴帽岩柱平衡石。图为位于美国犹他州卡纳布小镇附近的平衡石，其上部岩帽为砾岩，下部岩柱为粉砂岩。 来自远方的平衡石： 远走他乡，落地不生根 对于土生土长的平衡石 它们从母岩而生 最终崩塌到母岩的怀抱 比起它们来 另一类平衡石的一生就显得不那么温馨了 它们被自然力量蛮暴地绑架到遥远的异乡 再被无情地抛弃在那里 成了陌生又孤独的外来户 在这些抛弃它们的自然力量中 冰川是最常见的一个 被冰川搬运到远方的石头叫冰川漂砾 如果说巨型漂砾 因与周围的环境格格不入 而引起人们注意的话 这些异类中的异类 ——漂砾平衡石就更是 浑身上下都充满了神秘感  冰川漂砾与前面讲到的花岗岩平衡石 外观上非常像 但区别两者并不难 就是看看平衡石 与它的支撑岩石的成分是否相同 就此可以判断古冰川的发育和规模 冰川之国瑞士的两条主要山脉 ——阿尔卑斯山脉和汝拉山脉 在外观上有明显的区别 在岩石成分上也大不相同 前者主要是岩浆岩 后者主要是石灰岩 2017年，科学家在汝拉山脉 发现了几块岩浆岩平衡石 确认它们来自发源于阿尔卑斯山的罗纳冰川 从而证实了古罗纳冰川的冰舌前锋 远远到达了离现代罗纳冰川数百公里的地方 在两百万年前的第四纪冰川发育时期 地球北部的大部分地区被冰川所覆盖 冰川消退后有许多漂砾遗留 所以在北美的美国和加拿大 以及欧洲北部可以见到大量的平衡石 例如美国华盛顿州的奥马克平衡石 英国著名的罗根石 和挪威著名的谢拉格山奇迹石 都是经典的漂砾平衡石  ◎ 柏拉图曾提出：“地球是一系列立方体组成的。”匈牙利数学家近年来证明了柏拉图假说，节理把自然界岩石切成各种形状的块体，其平均形状为立方体。所以自然存在的平衡石，简化与抽象提炼出来的最基本几何形状即为立方体。嵇少丞以立方体为例，解释了平衡石的平衡状态。平衡石处于静力平衡状态，静力平衡状态可粗分为两种类型：一是稳定平衡态——体系不轻易受到外力干预而改变平衡状态，如立方体随便以哪个面，平放到一个大平面上，系统都能达到静力平衡状态（如插图c）；二是不稳定平衡态，如立方体用其中任何一个角或一条棱与基座平面接触（如插图a、b），虽然只要保持重心与支点位于同一条垂线上，就能实现静力平衡，但是任何微小扰动都会使其偏离平衡态。平衡石令人欣赏和叫绝的在于其微妙的平衡状态，所以处于稳定平衡态的大石块不是平衡石，只有那些处于不稳定平衡态的大石块才是平衡石。绘图/谭希光 值得一提的是 有一些平衡石的状态看上去不可思议 但实际上是因为观察角度 和周围的环境造成的错觉 换个角度去观察 这块平衡石其实并不那么岌岌可危与摇摇欲坠 印度的马哈巴利普拉姆 大名鼎鼎的“克里希纳黄油球” 是一块重达250吨的巨石 从正面看，它的脚下是一个光滑的花岗岩石坡 浑圆的巨石就坐落在斜坡的顶上 似乎正在以泰山压顶之势向下滚落 但是如果从巨石的侧面看 会发现它其实是坐落在斜坡顶上的 一个平台上的半圆石 而且巨石与基座有着相当大的接触面 “蘑菇石”平衡石： 头重脚细，藕断丝连 不论上面讲的平衡石从何而来 落脚何处 它们形成的机理如何 有一点是共同的 就是它们与自己的支撑物并不连接 只有单纯的接触 还有另外一类外观奇特的石头 被人们形象地称为“蘑菇石” 它们同样有着平衡石的外观特点 ——摇摇欲坠，似乎有个风吹草动 它们沉重的石冠就会倒塌下来 不过，在下部支撑蘑菇石的 并不是一个小小的接触面 是它们自身延续到地面的部分 造就蘑菇石的主要因素是 风蚀、雨蚀和海蚀 在干燥的沙漠地区经常发生沙尘暴 大风裹挟着地面的沙粒一路掠过 飞沙走石抛向所有地表物 冲击打磨着岩石 并把岩石表面被撞离的石屑带走 把岩石的表面一点点剥蚀掉 风蚀作用的效果在不同的高度有所不同 颗粒粗粝坚硬的沙粒因重力的作用 一般被大风扬起在离地表较近的高度上 因此这部分的岩石受到的侵蚀最大 久而久之岩石的这部分变得越来越细 最后就形成了貌似蘑菇的奇石  ◎ “蘑菇石”平衡石：上下一体，岩性相同 在“蘑菇石”平衡石与戴帽岩柱平衡石在外形上非常相近，也是上大下小，头重脚轻。其关键区别在于，上部和下部岩性是否相同：上下岩性不同的，为戴帽岩柱平衡石；而上下岩性相同、岩体自身与支撑物是连为一体的，就是“蘑菇石”平衡石。上图是位于沙特阿拉伯的泰玛绿洲的阿尔纳斯拉石，它的上部巨大，下部则残余两个很小的支脚，这是由于风沙在进行侵蚀时，坚硬的粗粒砂砾往往处于近地面的部位。 沙特阿拉伯的泰玛绿洲 有一块非常奇特的蘑菇石 ——阿尔纳斯拉石 它的下部有左右两个很小的支撑点 最奇特的是在正中央 出现了一条间距只有几厘米 却从头到脚完全贯通的裂缝 把巨石一分两半 如此像激光削切般的鬼斧神工让人们目瞪口呆 自然而然地想到了外星人 想到了传说中的史前高度文明 其实，挥舞这把激光利剑的 只是大自然的节理 即岩石的张性破裂 如果想知道到哪里去看各类的平衡石 那么从地质学的角度可以试着总结： 岩柱状平衡石出现在 发育直立柱状节理的火山岩或浅成岩地区 球状风化形成的平衡石常出现在花岗岩地区 特别是植被稀疏的地方 冰川漂砾平衡石出现在第四季冰川活动的地方 蘑菇石则出现在沙漠和强弱互层沉积岩中 本文选摘自《中国国家地理》2021年6月文章： 《平衡石 在地质长河中昙花一现的奇观 》 撰文/秦昭 嵇少丞 摄影/韩寒 等
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发表于 2021-6-29 09:38:14
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