发现自我，探究自然，了解社会，“科学阅读丛书”讲述的是和“我”及世界有关的故事，希望你在阅读的过程中能够快乐成长，从小爱上思考，迷上探索。

本书为《石头也精彩》，由小多科学阅读丛书编译组编著。

石头给人的感觉总是坚硬而冰凉，但冰凉而寻常的石头其实也很精彩！《石头也精彩》主要通过对形式各异的岩石、坚硬无比的钻石和五光十色的宝石等等的介绍，来讲述构成地球的岩石和矿物质是如何影响地球的形成和变化，地球物理学家是如何通过钻石来研究地球的内部结构，以及长期以来人类对漂亮石头的欣赏和珍奇异石的追求……石头里埋藏着巨大的秘密，也许你在操场上不经意间踢开的一块石头中就藏着无数有趣的故事呢！

《石头也精彩》由小多科学阅读丛书编译组编著。

导读

高压之下——探索地球的内部

明明白白宝石心——克里斯尔·卡塔林

谈如何成为一名地球物理学家

瞬间的剧烈撞击——陨石坑的科学

人造钻石改变科学研究的未来

漂亮石头是怎样“造”成的

岩石也精彩

山的形成几亿年

火山爆发！

寻找火山女神

地球震动……然后影响转动

刚晶星球之树

琥珀的时光隧道

为什么太阳是红色的？

无机生物的午餐

想成为一只岩袋鼠吗？

怎么把钻石、红宝石和激光关联起来？答案是它们都是麻省理工学院矿物物理学实验室每天的科学研究要用到的东西。如果把价值3000美元的两粒钻石安放到一个叫做钻石对顶砧的简单装置上，你就拥有了足以粉碎坚石的力量。你所需要做的仅仅是拧紧几圈螺杆！让我们到实验室走一圈，看看科学家们为什么要捣碎石块吧。

在使用钻石进行研究之前，科学家首先要确定研究课题。现在，地球物理学家唐森和他的研究生克里斯尔·卡塔林对相变非常感兴趣。他们希望更好地了解地球内部的力，以及在地球内部越来越靠近地核、温度和压力越变越高时，矿石会发生什么改变。相变是指在某一特定压力和温度下物质发生的变化。你大概知道水是如何从气体变成液体，然后又如何变成固体冰的吧？石头也能发生状态的变化。实际上，在特高压力下，它们会变得更加硬化。唐森说：“在某种压力下，物质内部的原子会相应地重新排列。”想象一下，如果你使劲地挤压一个装满网球的盒子，这时球会移动，球与球之间的空隙会变得很小。我们此次实验，就是要创造一种相变。你认为我们能做到吗？

混合

唐森和卡塔林用来进行研究的石头不是随便在什么地方捡来的，而是他们制造的。“我们将一些东西合成，并控制其化学成分。”卡塔林说。当研究人员把这些石头放到一起的时候，他们能准确地知道所研究的到底是什么。试验的时候，他们可以加入某些成分，也可以减少某些成分，从而了解不同的化学物质所起到的作用。今天，我们要将镁、硅酸盐粉末和氧，还有一点点铁和铝混合到一起。这些都是地幔的主要成分。

“这就像一场微型的星球大战。”唐森这样描述将粉末转变成微小玻璃珠的过程。遗憾的是，这个实验室里没有这种设备，所以得把这些粉末带到另一个实验室去。那里的技术员首先浮置这些粉末，将它们放到一个真空室，然后对准它们发射激光，将其融化。当样本冷却后，它们便成了小玻璃珠。当这些玻璃珠送回来后，我们会再次把它们磨成粉末——但这回各颗粒的组成成分就很一致了。尽管如此，每个颗粒个体还是太大了。在将其置人钻石对顶砧之前，我们必须把每一个颗粒压成10微米宽，像扁平的血小板一样的东西。

损耗钻石

钻石对顶砧是一种单手就能轻松握住的圆柱体活塞装置。在它的内部，有两颗面对面的钻石。当你拧紧圆柱体的螺丝杆装置，两颗钻石就靠得更紧，从而挤压放置在它们中间的样本。钻石是地球上最坚硬的矿石，但它们有时也会被弄坏。“我们的实验室成立有七年了，到目前为止，在试验的过程中损失了大约50颗钻石。”唐森说，“我们进行的是昂贵的试验。”钻石对顶砧工作的原理基于一条简单的物理定律：当压力作用在某一物体上时，作用面积越小，压强越大。想象一下，把一块石头摁进沙地或者厚厚的淤泥，如果这块石头又大又平，你摁它的话，不会摁进去很深。但如果是一块同样大小却有棱有角的石头，你用同样的力去摁，就会摁进去很深。同样的原理可以运用到钻石对顶砧上。被紧紧固定在螺丝杆装置上的两颗钻石，其集中着力点只有lO～20微米大小，这就难怪它能产生那么大的压强了！拿头发对比一下吧，你的一根头发都有100微米粗。

在开始试验之前，我们必须将样品小片放到一个垫圈中。这个垫圈形成一个小样品室，将样品固定在钻石之间的正确位置上。“我必须用一个1微米大小的针来置放样品小片。这需要一个非常稳固的支臂！”卡塔林说。然后，我们会把诸如液氩这样的压力介质放到垫圈中央——这可以避免钻石相互接触或与样本直接接触。当然，我们不会忘了放红宝石。这些小宝石有的浮在压力介质上，有的粘在垫圈的边缘。它们起到非常重要的作用——当钻石对顶砧被螺丝杆装置拧紧时，我们需要知道压强达到了多少，这要靠红宝石来告诉我们。通过红宝石显示的压力数据，我们就知道是应该松开一点还是应该挤紧一些。红宝石的荧光发射光谱会随压力增大而变化，通过观察这种变化，就可以算出垫圈内的压强。

激光标记

我们已经把钻石对顶砧、样本、垫片和红宝石放在一起了，对吧？很好！让我们凑近那个可以排列和调试的激光台，它就像一套高科技的乐高拼装玩具。通过一系列的镜子、反射器和滤镜，前后左右地引导绿色激光束，控制激光的方向、位置和强度。因为钻石是透明的，那么想要看到钻石对顶砧的中心就很容易。绿色激光反弹回来后，会将数据发送到我们的电脑里。一旦万事俱备，我们就可以开始拧紧螺丝杆装置并且观察红宝石的数据了。我们希望压强达到136(压强单位)——接近地核和地幔边界位置的压强大小。试想一下，将30个自由女神像的重量集中在约6．5平方厘米大小的一块-地方，大概就能知道我们得到的压强有多大了。P4-8

石头给人的感觉坚硬而冰凉。如果你是好奇的孩子，你一定搬开过大石头，想寻找石头下面的秘密。最平常的石头也最不寻常，它可能蕴含地球光荣的过去、千变万化的现在和难以想象的未来。

在本书中，美国俄亥俄州克利夫兰自然历史博物馆馆长戴维·萨哈(David saia)说，一把石头所蕴涵的信息足够写成整整一本书。岩石和构成岩石的矿物质讲述着有关地球的故事——地球在几百万年前是如何形成的，形成之后又发生了哪些变化。

别以为拿块石头来研究地球花费不多，在美国的麻省理工学院，地球物理学家用价值3000美元的钻石来研究地球内部深处的岩石，以及温度和压力是如何影响它们的。七年间，50粒钻石被这些科学家粉碎。

除了严肃的科学，石头也带有时尚和记忆。人类对漂亮石头的追求由来已久，人们将形态怪异的大岩石保护起来，成为自然景观；或者满世界去寻找独一无二的宝石，为自己拥有、世代相传，或者获取暴利。本书告诉你漂亮的石头是怎么造出来的，其中一种有趣的方式是只需要一缕头发，你身体中的碳原子就可以被提取出来，制成一块特别的石头，一起经历时间的考验。

很难想象，生命可以被这样放在一块冰凉的石头里，同样神奇的，还有琥珀中最古老的蜘蛛网和保存了不知道多少年的微生物。琥珀闪烁着微光，却可以冻结久远的历史。

这个世界每时每刻都在变化，有时变化得如此剧烈，产生了月球的大碰撞。在这样无限的变幻中，如果生命和历史可以被冻结，时间隧道可以被建构，你的心中就会有这样的期待：永恒和完美真的存在。

捡块特别的石头带回家吧！