紫水晶洞的形成

曼诗琳

紫水晶洞的形成，可分两个阶段：
一、岩浆喷出地表冷却后留下孔洞

巴西玄武岩内的晶洞通常呈直立状，外型酷似烟囱、圆柱体或管状物，晶洞底部向上微凹，多数顶端呈圆球状。这些晶洞总是向上并行排列，主要是比周围介质更低密度和黏度之液体上升的结果，并且从底部到表层的黏滞性有逐渐增加的现象。一般在岩浆内会溶解水份、二氧化碳、一氧化碳、硫化氢等挥发性成分，当岩浆经裂隙往上窜升时，岩浆内挥发成分的溶解度会降低，此时，挥发性物质便会析出，形成气泡。因此，一旦岩浆喷出地表冷凝成岩石后，原有气泡所占的空间，便形成孔洞。然而，巴西玄武岩内的孔洞相当大，动辄有如人体般大小，这是无法单从玄武岩岩浆内之挥发性成分所造成的。因此，有些学者认为可能是炙热的熔岩流流经较大水体，这些水体提供了大量挥发性成分所致。
二、孔洞内结晶次生矿物
从晶洞内矿物的叠置关系，可清楚推断彼此间的形成先后。本馆所搜藏之巨型紫水晶洞是产自Ametista do Sul地区，该区晶洞内矿物形成的先后顺序，大致为：1. 暗绿色绿鳞石薄层；2. 带状玛瑙层；3.透明至乳白色石英；4. 淡紫色至深紫色的紫水晶。在紫水晶表面偶而可见更晚期的方解石、透石膏或重晶石，而部分晶体内还含有放射状或针状至纤维状之包裹体，其中以金黄色至褐黄色的针铁矿最为常见。
过去学者曾对晶洞最外层的绿鳞石进行钾―氩同位素定年，得知紫水晶结晶的时间，大约是洞穴形成之后4千万至6千万年发生。一般洞穴充填所需的时间是以百万年来计算的，而结晶温度大概是低于200℃。至于充填晶洞的液体来自何方？一般相信天水乃是矿化溶液的来源。
在世界各地之玄武岩晶洞内不乏许许多多的次生矿物，例如印度德干玄武岩的洞穴盛产沸石类矿物注，而澎湖群岛玄武岩以产文石注著称。各地晶洞之次生矿物种类并不相同，主要是受到地下水流经的地层特性，以及矿物的结晶温度有关。巴西水晶洞内形成之玛瑙、石英和紫水晶等矿物所需的大量矽元素，研判是源自玄武岩内的间隙玻璃，地下水与这些物质作用，并将矽溶入水体中。