岩石中的故事:玛西娅·比约内鲁德带我们进行校园地质之旅

虽然劳伦斯的阿普尔顿校区没有任何自然露出的岩石，但在建筑环境中的石头中，以及景观本身，都体现了许多迷人的地质故事。在我们庆祝历史的时候——我们在2022年庆祝了劳伦斯出版社成立175周年——让我们来一次深度时间之旅。（这篇文章最初发表于《劳伦斯》杂志2022年秋冬版。）

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第一站：希特大厅4楼休息室

我们将从遥远的地质时代开始，参观希特大厅四楼休息室壁炉周围美丽的石板。这是莫顿片麻岩，一种在明尼苏达州西南部开采的高温变质岩，是明尼苏达州河谷暴露的古代大陆碎片的一部分。莫顿片麻岩对地质学家来说很有名，因为它曾经是世界上已知最古老的岩石。这块岩石最古老的部分形成于35亿年前，在前寒武纪的太古代时期，远在恐龙出现之前，事实上，在陆地上没有任何植物和动物，大气中也没有氧气之前，甚至可能在地球形成板块构造之前。

莫顿片麻岩在20世纪头几十年是一种流行的建筑石材，美国各地的许多建筑，包括芝加哥的阿德勒天文馆，都是用这种古老的岩石覆盖的。希特壁炉里的镶板曾是阿普尔顿市中心彭尼百货公司（J.C. Penney）大楼的饰面石。2002年，当那栋建筑被拆除时——也就是希特大厅正在建设的那一年——地质（现在的地球科学）系的教员要求建筑的赢博体育者将打磨过的石头捐赠给大学。石板被重新切割，并被整合到令人印象深刻的壁炉中。

即使从这里的几块嵌板，人们也可以推断出大量关于北美大陆早期地质历史的信息。利用一个被称为“横切关系原理”的基本地质学概念（即如果特征a被另一个特征B切割，那么a一定比B更古老），就有可能“解读”形成这块岩石的事件顺序。寻找包裹体（被年轻的火成岩吞没的孤立的老岩石）、片理（由排列的矿物定义的分层）、脉（平面侵入）、伟晶岩块（部分重熔的大晶体区域）和包体（被拉开的块）。

如果你不想想那么多，你可以从美学上欣赏岩石！

第二站：岩石，在绿大厅

作为劳伦斯的标志，巨石最初是1895年由地质学学生在新伦敦地区的一次实地考察中带到校园的——考虑到这块巨石的重量超过两吨，这是一项令人难以置信的壮举。这幅画激发了许多后来的学生们同样雄心勃勃的恶作剧和狂欢，他们不断地移动、埋葬、绘画和隐藏它，直到1998年，它终于从校园里完全消失了。直到17岁的学生Sarah Axtell和16岁的学生Jon Hanrahan通过专家调查，在当地一个家庭农场重新发现了巨石的下落，这是“岩石绑架”发生时两兄弟的家。家人一致认为岩石应该回到学校，事实也确实如此于2018年安装在现址。Axtell和Hanrahan在他们的播客中讲述了岩石的奥德赛的全部故事，不遗余力。

在它回归的时候，岩石被清理掉了它积累的许多层油漆，几周后，它的天然花岗岩外观几十年来第一次暴露出来。幸运的是，地球科学教授在重新涂漆之前检查了这块巨石，并注意到它与沃帕卡、沙瓦诺和梅诺米尼县的岩石相似，这些岩石是“沃尔夫河基岩”的一部分，这是一个主要由花岗岩侵入物组成的复杂结构，代表了14.5亿年前威斯康星州火山链的地下岩浆室。同样年龄的花岗岩可能出现在阿普尔顿和劳伦斯校区的地下深处（在下一站描述的层状沉积岩之下）。在这些花岗岩结晶很久之后，上面的火山也被侵蚀掉了，一定是更新世的冰川带走了一大块，把它留在了新伦敦附近，在那里它引起了1895届毕业生的注意。目前，我们希望岩石没有进一步的旅行计划。

欲了解更多关于岩石的信息，请阅读此处

第三站：大厅外

D主厅建于1854年，是劳伦斯现存最古老的建筑，也是阿普尔顿第一个被列入国家史迹名录的建筑（1974年）。用于其独特外观的岩石-石灰石的表亲-象牙色白云石-当然要古老得多，尽管它的起源有些难以捉摸。

1953年劳伦斯校友杂志上的一篇文章纪念正厅一百周年，文章说这块石头是从校园正下方的河床上开采出来的，这一说法也出现在玛格丽特·舒曼1957年的劳伦斯历史中，创建校园。然而，劳伦斯大学的历史教授查尔斯·布莱尼格在他1995年的书中提出了质疑，一部伟大而优秀的作品：劳伦斯大学的历史。布莱尼格引用的文件表明，1853年早春，学校曾向工人支付报酬，让他们“在采石场工作”，并“修理通往采石场的道路”，这表明资金来源远离校园。

大学档案保管员克莱尔·坎内尔最近找到了石匠的原始手写合同可以在这里查看。它没有提到石头的来源。

布鲁尼格推测，这块石头可能来自现在温尼贝戈湖东北岸的高崖州立公园的采石场，但那里的岩石是志留纪白云岩，是尼亚加拉系列的一部分，往往更大，更均匀，没有化石（正如你将在第4站看到的那样）。相比之下，主厅外部的石头——以及布罗考——是松软的，有点粘稠，通常富含化石。

如果仔细观察岩石，可以看到各种各样的化石。建筑物中的大部分石头都是水平放置的，因此在横截面上可以看到床层，在这些石头中很难辨别化石。寻找较大的块体，其中平坦的层理面向外；在许多这些表面上，可以发现海洋生物的化石。其中包括腕足类动物（也被称为灯壳类动物）、海蛇尾类动物（与海星有关的爬行生物）的茎、苔藓虫（分支的、类似珊瑚的生物）和罕见的三叶虫（已灭绝的节肢动物——威斯康星州官方的国家化石）。“痕迹化石”——洞穴和爬行的痕迹——也可以在许多这样的石块上观察到。这种特殊的化石组合是奥陶纪（约4.5亿年）的典型岩石，形成了福克斯城地区的基岩。类似的石头今天在19世纪运营的两个采石场被挖掘出来：一个在阿普尔顿北部的麦克维尔镇附近，另一个在考考纳的福克斯河附近，从城市下游。有可能主厅的石头来自其中一个，或者来自一个更小的，现在被遗忘的采石场。

可以在这里找到一个免费的在线指南，介绍威斯康星州基岩中的化石——包括在主厅墙壁上看到的一些化石。威斯康辛州的基岩地质图可以在https://wgnhs.wisc.edu/catalog/publication/000390/resource/m067上找到（在这张地图上，用于主厅-辛尼皮组的奥陶系岩石是绿色的，尼亚加拉悬崖的志留系白云岩是灰色的）。

第四站：科学中庭

连接Steitz和Youngchild大厅的中庭承载了跨越10亿年地质时间的许多地质特征。

墙壁展示了尼亚加拉悬崖上志留纪白云岩的经典外观，大约有4亿年的历史，比主厅的年轻一点岩石。这些岩石可能来自两者之间的采石场丰迪拉克和密尔沃基。志留纪白云岩被用于许多其他校园建筑的外部，包括布里格斯、纪念馆和科勒大厅、马德赢博体育、四方大楼和沃奇校园中心。劳伦斯Björklunden校区的岩石年龄大致相同，但沉积在志留纪海底的一个古老珊瑚礁群附近，含有丰富的化石，尤其是珊瑚。

中庭的地板由富含长石的辉长岩构成，这是一种粗粒度的火成岩，有抛光板和未抛光板。虽然我们无法找到它的来源，但这种石头是在明尼苏达州东北部开采的，在那里，1十亿年前，岩浆在地壳的一个巨大裂口中涌出，这个裂口被称为中大陆裂口。其中一些岩浆在地球表面喷发，形成了厚厚的熔岩流序列，今天在明尼苏达州的苏必利尔湖北岸，威斯康星州的库珀瀑布州立公园，以及密歇根州上半岛的豪猪山脉和基维诺半岛都暴露出来。辉长岩和熔岩的高密度使该地区的地壳凹陷，形成了地形盆地形成苏必利尔湖，占地球总水量的10%淡水。

中庭东南角的一座雕塑被贴上了“田纳西大理石”的标签，尽管从技术上讲，它只是一种富含有机物的黑色石灰岩。这块独特的岩石是在诺克斯维尔东北部的克林奇山（Clinch Mountain）开采的，属于寒武纪中期（约5亿年），比主厅（Main Hall）的石头要古老一点（与威斯康星峡谷（Wisconsin Dells）和该州其他地方的砂岩年龄大致相同）。

最后，向西北角和东北角的两株苏铁致敬。这种裸子植物自8000万年前的白垩纪以来几乎没有变化，可能是食草恐龙最喜欢的零食。卢校区还至少有一棵白垩纪物种的代表——一棵银杏树，矗立在雷蒙德馆和科勒馆之间。

第五站：赫维斯十字路口

Lawe街人行桥两侧的石雕是津巴布韦修纳艺术传统的典范，其根源可以追溯到公元1200年，并在20世纪经历了复兴。在地质学上，津巴布韦是苏必利尔湖地区的姐妹，苏必利尔湖地区是古代大陆盾的一部分，其岩石可以追溯到太古代宙。虽然我们不知道这些雕刻用的石头是在哪里开采的，但这些岩石的年龄可能超过25亿年。这两件作品都是用各种玄武岩雕刻而成的（尽管长发女人雕像旁边的牌匾上写着它是蛇纹石）。

第六站：赢博体育中心

当你进入校园中心时，向建筑物外更多的志留纪白云岩打个招呼，也许还可以对赢博体育的白云岩和石灰岩（碳酸盐岩）说句感谢的话，因为它们储存了地球上地质时期火山喷发出的99%的二氧化碳。浅海环境中碳酸盐岩的沉淀，大部分是由海洋生物产生的，是地球长期的碳封存机制。从扇贝、蛤蜊、珊瑚到微小的浮游动物，海水中的钙离子与溶解形式的二氧化碳结合形成方解石（CaCO3），从而在地质时间尺度上将气体以矿物形式锁住。如果没有这种生物地球化学服务，地球将成为一个失控的温室行星，就像它的姐妹金星一样。不幸的是，这个过程太慢，跟不上人类产生的二氧化碳排放量。但我们都应该感谢碳酸盐岩使地球在数亿年的时间里成为一个适宜居住的地方。

我们可以用主校园中心的楼梯作为模拟地质时间尺度。如果入口层是现在，而下议院外楼梯的底部代表了45.6亿年前地球的形成，那么每一步都代表了大约8000万年。所以，当你的脚离开最上面的台阶时，你已经经过了300万年前的冰河时代的开端。再往下走一步，你就到了中生代（8000万年前）白垩纪中期，那时恐龙正以苏铁和银杏为食。就在你到达第一个登陆点之前，你正处于古生代的泥盆纪时期（3.6亿年前），当时阿巴拉契亚山脉刚刚形成。在着陆时（第5步），您将进入志留纪（4亿年前），当时尼亚加拉悬崖的白云岩形成，珊瑚礁在现在的Björklunden附近茁壮成长。

另一个台阶（#6）带你到奥陶纪（4.5亿年前），当时正厅的白云岩沉积，海底与海洋生物合作，第一批植物开始在陆地上定居。再走一步（#7），你就穿过了寒武纪（开始于5.43亿年前），当时黑色石灰岩沉积在田纳西州，金色砂岩沉积在威斯康星州，动物生命在被称为寒武纪大爆发的事件中突然出现。

再往下五步（第12步），你就到了1十亿年前，在前寒武纪的中元古代，现在的苏必利尔湖盆地是沸腾的熔岩海洋，科学大厅中庭地板的岩石形成了。

通过第二次着陆（#24），再走七步（#31）；你现在是在25亿年前，在早期元古代，在大氧化事件时期，大气中首次出现自由氧（多亏了光合作用的微生物）。

再往下13级（第44位），你就到了35亿年前，希特大厅壁炉里的莫顿片麻岩形成的时候。

在台阶的底部，你已经到达了地球形成的时间。暂停片刻，从那次旅行中恢复过来，回到现在。从安德鲁公园外面的门出来，沿着河边的小路走下去。

第七站：河边小路

当你沿着小路走下去时，向左看从萨默塞特房间出来的金属台阶后面的山坡。作为控制侵蚀的一种方式，斜坡上覆盖着冰川运输的鹅卵石（它们在夏天可能部分被植被覆盖，但在春季和秋季很明显）。岩石类型的多样性反映了沿绿湾冰瓣路径的地质多样性，因为它从安大略省流下，穿过上半岛，进入威斯康星州东部。看看你是否能认出之前在这次旅行中遇到的岩石：白云岩、花岗岩、辉长岩和片麻岩。

现在沿着河边的小路向东走。这个天然的露台——它一直延伸到Lawe街以西的校园花园、Briggs Hall的地面和LU网球场——是Fox河的洪泛平原。一般来说，在泛滥平原上建房不是个好主意，泛滥平原在水位高的时候被河流用作“溢流阀”。然而，下游的福克斯河是一条受到高度控制的河流，在校园上游有两座水坝，一座在梅纳沙的温尼贝戈湖的出口处，另一座在奥奈达街。

沿着这条路往下游（向东）走，你会看到关于“狐狸河的早期居民”和“时间之河”的信息牌匾，突出了这条河悠久的自然和人文历史。福克斯的地质演化在两个重要方面塑造了人类定居。首先，由于冰河时期的偶然事件，福克斯河在波蒂奇附近的源头距离密西西比河的主要支流威斯康星河下游只有一英里左右的距离。这意味着福克斯河连接了五大湖和整个密西西比河流域，其中包括美国大陆面积的40%。早在欧洲人到达北美之前，第一民族就把狐狸河作为贸易路线。19世纪40年代，在波蒂奇修建了一条运河，使轮船能够从新奥尔良一路航行到梅纳沙。

Fox的第二个特别之处在于它的纵向轮廓——海拔随下游距离的变化而变化。大多数河流的上游是最陡峭的，而它们的坡度或斜坡在河口处变得平缓。狐狸河正好相反：在波蒂奇和温尼贝戈湖之间，它是一条懒散、缓慢的河流，110英里的坡度只有36英尺，0.33英尺/英里或0.06米/公里。但从温尼贝戈湖到格林湾的密歇根湖的下福克斯河仅在39英里内下降了169英尺，坡度为4.33英尺/英里或0.83米/公里。下福克斯河非凡的水力最初吸引了来自马萨诸塞州纺织厂家庭的阿莫斯·劳伦斯（Amos Lawrence）来到这里。

狐狸河的不寻常的轮廓的原因是河流的下游是相对较新的添加。直到大约1万年前，在冰河时代末期，阿普尔顿地区还在一个被冰包围的巨大融水湖奥什科什冰川湖的床下。随着最后的冰融化，湖水干涸，现代河流的河道形成了，河流开始穿过粘土状的湖泊沉积物，到达密歇根湖的水平。绿色大厅和河道之间的高差代表了河流在过去一万年中所做的侵蚀工作。

与此同时，狐狸河的小支流尽力跟上主河的下游。在阿普尔顿，许多这样的小溪现在已经改道到地下，它们的山谷被用作公共绿地，包括皮博迪、琼斯和杨梅公园。劳伦斯的班塔碗占据了这些“失落的支流”之一的河道。

现在沿着原路折返，沿着沿河的小路向西走，小心地穿过劳街。停下来参观SLUG，可持续劳伦斯大学花园——一个可持续农业的模型，它使用食堂的堆肥来滋养土壤，在一个模仿自然生物地球化学循环的闭环系统中。地球科学专业的学生还把这个花园用作二氧化碳封存策略的试验场，在这种策略中，将破碎的玄武岩（一种常见的火山岩）添加到土壤中。玄武岩中的含钙矿物与大气中的二氧化碳发生反应，形成方解石，模拟地质碳循环（见第五章），玄武岩中的其他元素有助于为植物提供营养。

继续经过健康中心的后面到布里格斯大厅东边的台阶。在这些台阶的顶端，向右拐，然后立即向左拐到桑普森楼和杨柴尔德厅之间的覆盖区域。

第八站:岩石桩和地球科学部门

在Youngchild的外墙旁边，你会发现一个来自北美和其他地区的岩石宝库，这些岩石是由地球科学收集和研究的学生和教师，但不再需要。随便拿任何吸引你眼球的东西，然后再停在第二个去杨柴尔德大厅的一层，看看有没有地球科学家在帮你辨认岩石。