2015 年落矶山山脉之旅
大惑已解 (3)    美国西南部红砂岩的红色是怎么来的?
美国西南的亚里桑那州和犹他州以当地的红色砂岩而孚盛名。 这些砂岩常以高达 2,200 英尺 (670 m) 的巨石峭壁呈现于世人。 巨石自浅粉红色,深粉红色,
到接近黑红的颜色。 巨石的顶部常呈白色或浅灰色。 巨石通常是圆顶下接峭壁悬崖。 巨石表面年代久远,则呈黑红的颜色;外层剥落的时间较长(我也不晓得
多长),则呈深粉红色;外层剥落的时间较短(我也不晓得多短),则呈浅粉红色。一般人都知道岩石和土壤的红色来自和氧化铁有关的物质,即铁锈。

北美洲土著在这些砂岩上刻凿图像。刻凿过的地方,颜色比旁边为浅。 起初,颜色最浅。 以后,颜色逐渐加深。 我们可以从图像颜色的深浅推测岩刻画的的
新旧。 在一个偶然的机会,我见到一个从巨岩顶部掉到地上,摔裂了的砂岩。 这个破裂的红砂岩的破裂面是灰白色的。 我非常惊讶,虽然从过去在那些岩石
的观察上,我早就应该推论红砂岩的里面是浅色,甚至于是灰白色的。

我能理解砂岩的外表会因为曝露在外面,它含的铁质被氧化得多些,因此红的颜色深些。
我不解的是为什么砂岩的内部是灰白色的呢? 这一、两千英尺高的
巨岩是几千万年以来,含了铁质的细沙沉积,经过高压而成的。 含铁质的细沙是经过几千万年风化了别的岩石而成的。 那么,细沙上的铁质绝对有足够的时间
被空气里的氧气氧化成红色的铁锈。 为什么含了氧化铁的细沙造成的大砂岩的里面竟然是灰白色的呢?

我想到了这些巨石灰白色的圆顶了。 圆顶,我明白。不论什么形状的岩石,风化久了,都会去掉了棱角,趋向圆形。 白色的圆顶绝对不是被太阳晒得铁锈
褪色了,或者铁锈被更进一步氧化漂白了。 在化学里,没有那样的作用。 而咱们的世界里,什么东西和事情都脱离不了物理和化学。

我思索巨大砂岩里面发生了什么事情让砂粒上的铁锈褪色了? 我想到 “酸” 了。 对!
铁锈与盐酸反应,铁锈变成淡黄色的氯化铁:Fe2O3+6HCl=2FeCl3+3H2O
铁锈与硫酸反应,铁锈变成淡黄色的硫酸铁:Fe2O3+3H2SO4=Fe2(SO4)3+3H2O

在生成这些巨岩之前,这个地区到处都有从地壳底下流出的熔岩。 熔岩含了许多铁质。 在风化的过程中铁质释出,氧化,跟别的岩石风化而成的沙粒结合,
成了红色沙土。 以后红色沙土沉积在水里,经过高压,成了砂岩。 这个地区自古至今都有火山活动。 火山活动之处,常有硫磺析出。 硫磺在高温之下,
遇氧就成为二氧化硫。 二氧化硫遇到雨水或者雪水就成了亚硫酸。 酸雨,酸雪水里的亚硫酸再进一步,就成了硫酸了。 形成这些巨岩的时代,这个地区
气候温和,雨量充沛,蕨类植物茂盛,满地跑恐龙。 在好几千万年的酸处理之下,水下巨岩的内部就没有铁锈了。

等到造山运动把地壳拱成落矶山山脉之后,这些巨石曝露在空气中,表面的铁质逐渐被氧化成了铁锈色。氧化时间长的铁锈颜色更深。 这个地区的雨水少了。
但是每年,酸雨还是继续地落下。 酸雨里除了亚硫酸和硫酸,还有跟空气里二氧化碳结合而成的碳酸。 酸雨大都落在巨石的顶部,然后缓慢地往石头里渗下。
巨石顶部被酸雨除锈之后,含铁的淡黄色溶液也会流失了。 因此,这些巨石的顶部是灰白色的了。 在某些情况之下,这种含铁的溶液顺着砂岩的峭壁流下。
峭壁的侧面受雨较少。即使极少量的铁锈被酸雨除锈了,长期曝露在空气之中,又让砂岩表面的铁质生锈变红了。 巨岩峭壁上的颜色并不均匀。 一条一条
红得发黑的水迹,就是含铁量高的雨水从岩石顶部流下的痕迹。 日子一久,高量的铁成了高量的铁锈。 许多金属的微粒一细了,表面积一多了,都容易被
氧化成为深色或者近乎黑色。用过铝饭盒,见过房门蝶铰butterfly hinge 和机器转动部份变黑了的润滑油的朋友们都懂得这个道理。

就这点儿小事,让我想破了头。 好了!如今想通了,可以睡得着了。

读者朋友们,轮到您们睡不着觉了。 写个 peer review 吧!